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Python基础之Socket套接字详解

一、什么是Socket套接字

Socket套接字简称Socket，是提供应用程序和网络协议栈之间的接口，通过Socket可以方便地实现应用程序之间的数据传输和网络通信，比如HTTP、SSL、SSH、FTP等各种应用层协议都是基于Socket实现的。

二、Socket套接字基本使用方法

Python通过socket模块实现了Socket套接字的支持，可以很方便地编写网络应用，大致的使用方法如下：

1. 创建套接字

在创建一个基于Socket的网络应用之前，需要先创建一个Socket对象，可以在创建时指定协议族和套接字类型，如下所示：

import socket

# 创建一个IPv4 TCP协议的Socket套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

其中，AF_INET代表IPv4协议族，SOCK_STREAM代表流式Socket套接字类型。

2. 绑定并监听端口

绑定端口用于使客户端和服务端建立连接，端口可以是任意未被占用的端口。使用bind方法可以将端口绑定到Socket对象上。代码如下：

# 绑定到本地IP和端口
s.bind(('127.0.0.1', 8080))

# 监听端口，等待客户端连接
s.listen(5)

此处将端口绑定到本地IP地址127.0.0.1的8080端口，并设置Socket对象的监听队列长度为5。

3. 建立连接

在服务端通过accept方法等待客户端连接，并且返回一个由客户端地址和端口组成的元组，使用该元组可以与客户端进行数据传输。代码如下：

# 等待客户端连接，返回一个由客户端地址和端口组成的元组
client, addr = s.accept()

4. 发送和接收数据

在Socket对象上，可以使用send方法向其它Socket对象发送数据，使用recv方法从其它Socket对象接收数据。用法如下：

# 发送数据
client.send('Hello World!')

# 接收数据
data = client.recv(1024)

# 关闭Socket对象
s.close()

在上述代码中，调用send方法向客户端Socket对象发送数据Hello World!，并使用recv方法接收客户端Socket对象返回的数据，数据的最大传输长度为1024字节。最后，使用close方法关闭Socket对象。

三、Socket套接字示例说明

下面，将通过两个示例对Socket套接字的使用方法进行说明，一个是简单的Echo服务器，另一个是简单的Web服务器。

1. Echo服务器

Echo服务器是一个简单的网络应用，它接收任何来自客户端的字符串，并将其原样返回给客户端。代码如下：

import socket

# 创建一个IPv4 TCP协议的Socket套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 绑定到本地IP和端口
s.bind(('127.0.0.1', 8080))

# 监听端口，等待客户端连接
s.listen(5)

while True:
    # 等待客户端连接，返回一个由客户端地址和端口组成的元组
    client, addr = s.accept()
    print('客户端已连接', addr)

    # 接收数据并将其发送回去
    data = client.recv(1024)
    client.send(data)

    # 关闭连接
    client.close()

在上述代码中，while循环表示程序可以不断接收来自客户端的连接请求，并在每次成功连接后接收数据并将数据原样返回给客户端。

2. 简单的Web服务器

简单的Web服务器可以接收HTTP GET请求并返回一份静态HTML页面。代码如下：

import socket

# 创建一个IPv4 TCP协议的Socket套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 绑定到本地IP和端口
s.bind(('127.0.0.1', 8080))

# 监听端口，等待客户端连接
s.listen(5)

while True:
    # 等待客户端连接，返回一个由客户端地址和端口组成的元组
    client, addr = s.accept()
    print('客户端已连接', addr)

    # 接收数据并解析HTTP请求
    data = client.recv(1024).decode()
    lines = data.split('\r\n')
    _, path, _ = lines[0].split()

    # 返回静态HTML页面
    with open('.' + path, 'rb') as f:
        content = f.read()

    header = 'HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\nContent-Length: %d\r\nConnection: close\r\n\r\n' % len(content)
    client.send(header.encode() + content)

    # 关闭连接
    client.close()

在上述代码中，程序在循环中等待客户端连接、接收数据、解析HTTP请求、返回静态HTML页面。为了简单起见，此处直接返回本地文件系统中存在的HTML页面，并没有进行路由和视图等开发。