前言：
以前面试总会被问到Socket编程懂不懂，因为工作一直没涉及加上自己只是上学的时候学过，所以一直都只知道皮毛，现在想专做算法面试又遇到这个问题，疫情在家闲着也是闲着，所以从网查找资料自己也实现以下，现在主要用Python所以就用Python实现，其实Java、C++也都很好实现，只是很长时间没写了，所以用Python实现。
TCP协议：
我们知道TCP协议（Transmission Control Protocol， 传输控制协议）是一种面向连接的传输层通信协议，它能提供高可靠性通信，像HTTP/HTTPS等网络服务都采用TCP协议通讯。那么网络通讯方面都会涉及到socket编程，当然也包括TCP协议。Python作为一门适应于快速开发的工具，在它浩瀚的第三方库中也一定包括了socket模块，那么本文就给大家介绍Python的socket编程实现TCP协议连接的方法。
TCP连接流程：
socket主要以"open—read/write—close"的模式来实现客户端和服务器之间TCP协议的连接，交互流程如下图所示。TCP服务器的建立可以归纳这几步：1)创建socket(套接字)；2)绑定socket的ip地址和端口；3)监听客户端的连接请求；4)接受客户端的连接请求；5)与客户端对话；6)关闭连接。TCP客户端的创建可总结为这几步：1)创建socket(套接字)；2)连接服务器socket；3)与服务器对话；4)关闭连接。
需要注意的是TCP客户端连接到服务器的ip和端口要与TCP服务器监听的ip和端口相同，服务器调用listen()开始监听端口，而后调用accept()时刻准备接受客户端的连接请求，此时服务器处于阻塞状态，直到服务器监听到客户端的请求后，接收请求并建立连接为止。
socket介绍：
socket（套接字）起源于UNIX，主要用于网络进程间通讯，它是在应用层和传输层之间的一个软件抽象层，它把TCP/IP复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用来实现进程在网络中的通信。因为在Unix中一切皆为文件，所以socket通过"open—read/write—close"模式来实现进程在网络中的通信。服务器和客户端各自维护一个"文件"，建立连接后相当于打开了文件，各自可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时则关闭文件。
Python 提供了两个级别访问的网络服务。：
- 低级别的网络服务支持基本的 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API，可以访问底层操作系统Socket接口的全部方法。
- 高级别的网络服务模块 SocketServer， 它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。
socket()函数：
Python 中，我们用 socket（）函数来创建套接字，语法格式如下：
import socket
socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)#所给即为默认参数参数
family:
- socket.AF_INET IPv4(默认)
- socket.AF_INET6 IPv6
- socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信
type:
- socket.SOCK_STREAM 流式socket, for TCP (默认)
- socket.SOCK_DGRAM 数据报式socket, for UDP
- socket.SOCK_RAW 原始套接字
- socket.SOCK_RDM 可靠UDP形式
- socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务
protocol:
- 0：默认，可以省略
- CAN_RAW或CAN_BCM：地址族为AF_CAN时
Socket 对象(内建)方法：
函数 | 描述 |
服务器端套接字 | |
s.bind() | 绑定地址（host,port）到套接字， 在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址。 |
s.listen() | 开始TCP监听。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。 |
s.accept() | 被动接受TCP客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来 |
客户端套接字 | |
s.connect() | 主动初始化TCP服务器连接，。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。 |
s.connect_ex() | connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常 |
公共用途的套接字函数 | |
s.recv() | 接收TCP数据，数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。 |
s.send() | 发送TCP数据，将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。 |
s.sendall() | 完整发送TCP数据，完整发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。 |
s.recvfrom() | 接收UDP数据，与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。 |
s.sendto() | 发送UDP数据，将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。 |
s.close() | 关闭套接字 |
s.getpeername() | 返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。 |
s.getsockname() | 返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port) |
s.setsockopt(level,optname,value) | 设置给定套接字选项的值。 |
s.getsockopt(level,optname[.buflen]) | 返回套接字选项的值。 |
s.settimeout(timeout) | 设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()） |
s.gettimeout() | 返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。 |
s.fileno() | 返回套接字的文件描述符。 |
s.setblocking(flag) | 如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。 |
s.makefile() | 创建一个与该套接字相关连的文件 |
简单的信息交互实例（tcp）：
注意：以下实例中全部使用本地局域网 若想实现外网传输 在有路由器的情况下需首先向运营商申请公网动态ip 然后添加内网映射等操作
服务端：socket_server.py
import socket
# 默认tcp方式传输
sk = socket.socket()
# 绑定IP与端口
ip_port = ('127.0.0.1', 8888)
# 绑定监听
sk.bind(ip_port)
# 最大连接数
sk.listen(5)
# 不断循环接收数据
while True:
# 提示信息
print("正在等待接收数据。。。。。。。")
# 接收数据 连接对象和客户地址
conn, address = sk.accept()
# 定义信息
msg = "连接成功"
# 返回信息。注意：python3.X以上，网络数据的发送和接收都是byte类型，如果发送的数据是str型，则需要进行编码
conn.send(msg.encode())
# 不断接收客户发来的消息
while True:
# 接收客户端消息
data = conn.recv(1024)
print(data.decode())
# 接收到退出指令
if data == b'exit':
break
# 处理客户端信息，本实例直接将接收到的消息重新嘎松回去
conn.send(data)
# 主动关闭连接
conn.close()客户端：socket_client.py
import socket
# 服务端为TCP方式，客户端也采用TCP方式，默认参数即为TCP
client = socket.socket()
# 访问服务器的IP和端口
ip_port= ('127.0.0.1', 8888)
# 连接主机
client.connect(ip_port)
# 定义发送循环信息
while True:
# 接收主机信息 每次接收缓冲区1024个字节
data = client.recv(1024)
# 打印接收数据
print(data.decode())
msg_input = input("请输入发送的消息：")
client.send(msg_input.encode())
if msg_input =='exit':
break运行结果：
服务器端：
客户端：
但是这种tcp方式我们可以发现一次只能有一个客户端在运行，我们可以使用更强大的socketserver包来实现非堵塞型tcp连接
非堵塞型信息交互实例（tcp）
相对于上面堵塞型实例，我们仅需要修改服务端文件即可实现多个客户端与服务端信息交互
socket_server_tcp2.py
# 非阻塞模块
import socketserver
# 首先我们需要定义一个类
class my_socket_server(socketserver.BaseRequestHandler):
# 首先执行setup方法，然后执行handle方法，最后执行finish方法
# 如果handle方法报错，则会跳过
# setup与finish无论如何都会执行
# 一般只定义handle方法即可
def setup(self):
pass
def handle(self):
# 定义连接变量
conn = self.request
# 提示信息
print("连接成功")
# 发送消息定义
msg = "Hello World!"
# 发送消息
conn.send(msg.encode())
# 进入循环，不断接收客户端消息
while True:
# 接收客户端消息
data = conn.recv(1024)
# 打印消息
print(data.decode())
if data ==b'exit':
break
conn.send(data)
conn.close()
def finish(self):
pass
if __name__=="__main__":
# 提示信息
print("正在等待接收数据。。。。。。")
# 创建多线程实例
server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8888), my_socket_server)
# 开启多线程，等待连接
server.serve_forever()接着我们可以测试，首先运行socket_server_tcp2.py，然后发现现在可以同时运行多个socket_client.py与服务端进行通信
UDP通信实例
总所周知UDP是不可靠的传输协议
服务端socket_server_udp.py
import socket
# 创建实例 并指定udp参数
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
# 定义绑定的ip和port
ip_port = ('127.0.0.1',8888)
# 绑定监听
sk.bind(ip_port)
print("正在等待接收数据")
# 循环接收数据
while True:
# 接收数据
data = sk.recv(1024)
# 打印数据
print(data.decode())客户端socket_client_udp
import socket
# 实例化对象
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
# 定义需要连接的的ip和port
ip_port = ('127.0.0.1',8888)
# 循环输入数据
while True:
# 输入发送的信息
msg_input = input("请输入发送的消息：")
# 接收到退出指令
if msg_input == b'exit':
break
# 与tcp不同 udp使用sendto函数来发送消息
sk.sendto(msg_input.encode(),ip_port)
sk.close()运行结果：
服务端：
客户端：
文件传输实例：
文件传输其实就是比信息交互多了文件IO操作
文件接收端（服务端）file_receive.py：
import socket
# 实例化
sk = socket.socket()
# 定义连接的ip和port
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
# 绑定端口
sk.bind(ip_port)
# 最大连接数
sk.listen(5)
# 进入循环接收数据
conn, address = sk.accept()
print("文件接收开始")
while True:
with open('file','ab') as f:
# 接收数据
data = conn.recv(1024)
if data == b'quit':
break
# 写入文件
f.write(data)
# 接受完成标志
conn.send('success'.encode())
print("文件接收完成")
# 关闭连接
sk.close()文件发送端（客户端）file_send.py：
import socket
# 实例化
sk = socket.socket()
# 定义连接的ip和port
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
# 服务器连接
sk.connect(ip_port)
# 文件上传
# 打开文件
with open('D:\socket_server_tcp2.py','rb') as f:
# 按每一段分割文件上传
for i in f:
sk.send(i)
# 等待接收完成标志
data=sk.recv(1024)
# 判断是否真正接收完成
if data != b'success':
break
# 给服务端发送结束信号
sk.send('quit'.encode())进行测试，首先运行file_receive.py 然后运行file_send.py 可以发现文件传输成功
打开file文件 可以发现写入成功 这就实现了简单的文件传输操作
