socket介绍

套接字(socket)是指伯克利套接字(Berkeley socket)，也称为BSD(Berkeley Software Distribution)套接字(BSD scoket)。它是一种程序接口(Application Programming Interface，API)，主要用于实现进程间通信和计算机网络通信。socket起源于UNIX，可以看成一种特殊的文件。一些socket函数就是对其进行的操作，例如读、写、I/O、打开、关闭。

socket是应用层TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组通信接口。它是一组通信接口。在设计模式中，socket其实就是一个封装模式，把复杂的TCP/IP协议族隐藏在socket接口后面。对用户来说，一组简单的接口就是全部让socket去组织数据，以符合制定的通信协议。但socket本质上并不是一个协议，它工作在OSI模型的会话层(第5层)，是为了方便直接使用低层协议(一般是TCP或者UDP)而存在的一个抽象层。最早的一套socket API是Berkeley sockets，采用c语言实现。它也成为网络套接字的事实标准，大多数其他的变成语言使用与这套用c语言写成的程序接口类似的接口。
socket.png
从概念上说，socket是一种通信端点，对应于一个IP地址和一个端口号。如果应用程序要通过底层网络发送某些数据，可以把这些数据写入套接字，然后从套接字中读出数据。对应于每一种特定的传输协议，本地操作系统都要使用一个实际的通用端点，而套接字形成了位于实际通信端点之上的一个抽象层。

socket书通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信所必需的五种信息：连接使用的协议、本地主机的IP地址、本地进程的协议端口、远地主机的IP地址、远地进程的协议端口。

基于socket库的实现

Python内置了BSD socket的网络编程接口，实现了基本的socket网络通信功能，支持包括UDP、TCP等传输层协议，Python的套接字包括服务端套接字和客户端套接字。

基于TCP协议的服务器端

  1. import socket
  2. def server(host, port):
  3.     with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:
  4.         sock.bind((host, port))
  5.         sock.listen(1)
  6.         conn, addr = sock.accept()
  7.         with conn:
  8.             print ("connected by ", addr)
  9.             while True:
  10.                 data = conn.recv(1024)
  11.                 if not data:
  12.                     break
  13.                 conn.sendall(data)
  • 首先调用socket接口创建一个空的套接字。socket()函数一般有两个参数，第一个参数固定为AF_INET，第二个参数表示要创建的套接字的类型。SOCK_DGRAM表示创建的是UDP套接字；SOCK_STREAM表示创建的是TCP套接字
  • 调用bind函数来绑定网络地址，然后开始监听
  • 设置一个while循环来接收与其相连的客户端发送的消息，通过sendall和recv函数分别进行发送和接收数据

    基于TCP协议的客户端

    1. import socket
    2. def client(host, port):
    3.   with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:
    4.       sock.connect((host, port))
    5.       sock.sendall(b"hello world")
    6.       data = sock.recv(1024)
    7.   print ("Received ", repr(data))
    客户端的实现首先同样使用socket()函数创建套接字对象，然后使用connect接口连接服务器，最后通过sendall和recv函数分别发送和接收数据。

    基于socketio的实现

    Python-SocketIO是一个基于事件、在客户端和服务器之间实现双向通信的Python开源库。

    客户端

    ```python import socketio sio = socketio.Client()

@sio.event def connect(): print (“connection established”)

@sio.event def my_message(data): print (“message received with “, data)

@sio.event def disconnect(): print (“disconnected from server”)

sio.connect(“http://localhost:5000“) sio.wait()

  1. 基于Python-SocketIO实现的客户端程序具有下面一些特点：
  3. - 利用Python-SocketIO编写的客户端程序能够连接到其他Socket.IO兼容服务端，即使该服务器并不是使用Python-SocketIO包编写的
  4. - 使用由Python装饰器实现的基于事件的体系结构，该体系结构隐藏了协议的详细信息
  5. - 实现HTTP长轮询机制和WebSocket传输
  6. - 实现了重连机制。如果客户端断开连接，能够自动重新连接到服务器
  7. <a name="x9tVE"></a>
  8. ### 服务端
  9. ```python
  10. import eventlet, socketio
  12. sio = socketio.Server()
  13. app = socketio.WSGIApp(sio, static_files = {'/':{"content_type":'text/html',
  14.                                                  "filename":"index.html"}})
  16. @sio.event
  17. def connect(sid, environ):
  18.     print ("connect ", sid)
  20. @sio.event
  21. def my_message(sid, data):
  22.     print ("message ", data)
  24. @sio.event
  25. def disconnect(sid):
  26.     print ("disconnect ", sid)
  28. if __name__ = "__main__":
  29.     eventlet.wsgi_server(eventlet.listen(('', 5000)), app)

该程序需要托管在Eventlet服务器上执行，基于Python-SocketIO实现的服务端程序具有下面一些特点：

  • 利用Python-SocketIO编写的服务端程序能够连接到其他Socket.IO兼容客户端，即使该客户端并不是使用Python-SocketIO包编写的
  • 由于采用的是异步调用的方式，即使在硬件条件不太好的情况下也能支持大量客户端
  • 可以托管在任何WSGI和ASGI Web服务器上，包括Gunicorn、Uvicorn、Eventlet和Gevent
  • 可以与Flask、Django等框架编写的WSGI应用程序集成
  • 支持HTTP长轮询和WebSocket传输
  • 支持文本和二进制的消息发送与接收，支持gzip和deflate HTTP压缩

    基于Flask-socketio的实现

    Flask是一个使用Python编写的轻量级Web应用框架。Flask-SocketIO是对Flask的扩展，能够实现客户端和服务器之间的低延迟双向通信。Flask-SocketIO模块实际上封装了Flask对WebSocket的支持，以Flask-SocketIO编写的服务器程序，可以与任意socketIO编写的客户端兼容。