Python Socket 详解，最全教程

Socket 是计算机网络编程的基础工具，它提供了跨网络通信的能力。在 Python 中，socket 模块是开发网络应用的核心库。本教程将详细介绍 Python socket 模块的基础知识、用法及应用场景，并通过代码示例和图解帮助你快速入门。

一、什么是 Socket？

Socket 是网络中不同程序间通信的桥梁。它允许程序发送或接收数据，通常用于构建服务器与客户端模型。

常见 Socket 类型

1. TCP（传输控制协议）： 提供可靠的、基于连接的通信。
2. UDP（用户数据报协议）： 提供不可靠、无连接的通信，但速度快。

二、Python Socket 基本用法

1. 导入模块

在使用 socket 前，需导入模块：

import socket

2. 创建 Socket

基本语法：

s = socket.socket(family, type)

• family: 地址族，例如 AF_INET（IPv4）或 AF_INET6（IPv6）。
• type: 套接字类型，例如 SOCK_STREAM（TCP）或 SOCK_DGRAM（UDP）。

示例：

# 创建一个 TCP 套接字
tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 创建一个 UDP 套接字
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

3. 客户端通信流程

TCP 客户端通信的基本步骤如下：

1. 创建套接字

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

2. 连接到服务器

server_address = ('127.0.0.1', 65432)  # 地址和端口
client_socket.connect(server_address)

3. 发送和接收数据

client_socket.sendall(b'Hello, Server!')
response = client_socket.recv(1024)  # 接收数据，最大字节数
print(f'Received: {response}')

4. 关闭套接字

client_socket.close()

完整示例：

import socket

# 创建客户端套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 连接服务器
server_address = ('127.0.0.1', 65432)
client_socket.connect(server_address)

try:
    # 发送数据
    message = b'Hello, Server!'
    client_socket.sendall(message)

    # 接收响应
    response = client_socket.recv(1024)
    print(f'Received: {response.decode()}')
finally:
    client_socket.close()

4. 服务器通信流程

TCP 服务器通信的基本步骤如下：

1. 创建套接字

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

2. 绑定地址

server_socket.bind(('127.0.0.1', 65432))  # 绑定 IP 和端口

3. 开始监听

server_socket.listen(5)  # 最大连接数

4. 接收连接和处理

connection, client_address = server_socket.accept()
print(f'Connection from {client_address}')

data = connection.recv(1024)  # 接收数据
print(f'Received: {data.decode()}')

connection.sendall(b'Hello, Client!')  # 发送响应
connection.close()

完整示例：

import socket

# 创建服务器套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('127.0.0.1', 65432))
server_socket.listen(5)

print('Server is listening...')

while True:
    connection, client_address = server_socket.accept()
    try:
        print(f'Connection from {client_address}')
        data = connection.recv(1024)
        print(f'Received: {data.decode()}')

        if data:
            connection.sendall(b'Hello, Client!')
    finally:
        connection.close()

运行结果：

1. 启动服务器。
2. 启动客户端发送数据。
3. 客户端收到响应。

三、UDP 通信

与 TCP 不同，UDP 是无连接协议，不需要建立连接。

1. UDP 客户端

示例：

import socket

udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

server_address = ('127.0.0.1', 65432)
udp_socket.sendto(b'Hello, UDP Server!', server_address)

data, server = udp_socket.recvfrom(1024)
print(f'Received: {data.decode()}')

udp_socket.close()

2. UDP 服务器

示例：

import socket

udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
udp_socket.bind(('127.0.0.1', 65432))

print('UDP server is listening...')

while True:
    data, address = udp_socket.recvfrom(1024)
    print(f'Received {data.decode()} from {address}')

    udp_socket.sendto(b'Hello, UDP Client!', address)

四、图解 Socket 通信

1. TCP 通信模型

+------------+       +-------------+
|  Client    |       |  Server     |
+------------+       +-------------+
| Connect()  | <-->  | Accept()    |
| Send()     | <-->  | Receive()   |
| Receive()  | <-->  | Send()      |
| Close()    | <-->  | Close()     |
+------------+       +-------------+

2. UDP 通信模型

+------------+         +-------------+
|  Client    |         |  Server     |
+------------+         +-------------+
| SendTo()   | ----->  | RecvFrom()  |
| RecvFrom() | <-----  | SendTo()    |
+------------+         +-------------+

五、Socket 编程的常见问题

1. Address already in use

原因： 套接字未关闭或正在使用。
解决：

server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

2. Connection reset by peer

原因： 客户端过早断开连接。
解决： 检查连接和数据流逻辑。

3. Timeout

原因： 通信超时。
解决：

socket.settimeout(5)  # 设置超时时间

六、Socket 的高级用法

1. 多线程/多进程支持： 使用 threading 或 multiprocessing 模块实现并发。
2. SSL/TLS 支持： 使用 ssl 模块实现加密通信。
3. 非阻塞 Socket： 设置套接字为非阻塞模式，适用于高性能应用。
4. WebSocket 支持： 可结合 websockets 库构建实时通信。

七、总结

通过本文的介绍，你已经掌握了 Python socket 的基本概念和使用方法。无论是实现简单的客户端-服务器通信，还是构建复杂的网络应用，socket 都是不可或缺的工具。

练习建议：

1. 使用 TCP 创建一个聊天室应用。
2. 使用 UDP 构建一个简单的文件传输工具。
3. 探索 SSL 加密通信。

拓展阅读：

• 官方文档：Python socket
• 实战项目：用 socket 构建 HTTP 服务。

快动手尝试吧！Socket 是网络编程的基石，掌握它将为你打开更广阔的编程世界。