摘要：什么是的中文翻譯過來就是套接字。套接字是什么，我們先來看看它的英文含義插座。服務(wù)端過程咱再來聊聊服務(wù)端的過程，服務(wù)端先初始化，建立流式套接字，與本機(jī)地址及端口進(jìn)行綁定，然后通知，準(zhǔn)備好接收連接，調(diào)用阻塞，等待來自客戶端的連接。

Socket 的中文翻譯過來就是“套接字”。套接字是什么，我們先來看看它的英文含義：插座。

Socket 就像一個電話插座，負(fù)責(zé)連通兩端的電話，進(jìn)行點對點通信，讓電話可以進(jìn)行通信，端口就像插座上的孔，端口不能同時被其他進(jìn)程占用。而我們建立連接就像把插頭插在這個插座上，創(chuàng)建一個 Socket 實例開始監(jiān)聽后，這個電話插座就時刻監(jiān)聽著消息的傳入，誰撥通我這個“IP 地址和端口”，我就接通誰。

實際上，Socket 是在應(yīng)用層和傳輸層之間的一個抽象層，它把 TCP/IP 層復(fù)雜的操作抽象為幾個簡單的接口，供應(yīng)用層調(diào)用實現(xiàn)進(jìn)程在網(wǎng)絡(luò)中的通信。Socket 起源于 UNIX，在 UNIX 一切皆文件的思想下，進(jìn)程間通信就被冠名為文件描述符（file descriptor），Socket 是一種“打開—讀/寫—關(guān)閉”模式的實現(xiàn)，服務(wù)器和客戶端各自維護(hù)一個“文件”，在建立連接打開后，可以向文件寫入內(nèi)容供對方讀取或者讀取對方內(nèi)容，通訊結(jié)束時關(guān)閉文件。

另外我們經(jīng)常說到的Socket 所在位置如下圖：

Socket 保證了不同計算機(jī)之間的通信，也就是網(wǎng)絡(luò)通信。對于網(wǎng)站，通信模型是服務(wù)器與客戶端之間的通信。兩端都建立了一個 Socket 對象，然后通過 Socket 對象對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。通常服務(wù)器處于一個無限循環(huán)，等待客戶端的連接。

一圖勝千言，下面是面向連接的 TCP 時序圖：

客戶端的過程比較簡單，創(chuàng)建 Socket，連接服務(wù)器，將 Socket 與遠(yuǎn)程主機(jī)連接（注意：只有 TCP 才有“連接”的概念，一些 Socket 比如 UDP、ICMP 和 ARP 沒有“連接”的概念），發(fā)送數(shù)據(jù)，讀取響應(yīng)數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)交換完畢，關(guān)閉連接，結(jié)束 TCP 對話。

import socket
import sys

if __name__ == "__main__":
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 創(chuàng)建 Socket 連接
    sock.connect(("127.0.0.1", 8001))  # 連接服務(wù)器
    while True:
        data = input("Please input data:")
        if not data:
            break
        try:
            sock.sendall(data)
        except socket.error as e:
            print("Send Failed...", e)
            sys.exit(0)
        print("Send Successfully")

        res = sock.recv(4096)  # 獲取服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，還可以用 recvfrom()、recv_into() 等
        print(res)
    sock.close()

sock.sendall(data)
這里也可用 send() 方法：不同在于 sendall() 在返回前會嘗試發(fā)送所有數(shù)據(jù)，并且成功時返回 None，而 send() 則返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)量，失敗時都拋出異常。

咱再來聊聊服務(wù)端的過程，服務(wù)端先初始化 Socket，建立流式套接字，與本機(jī)地址及端口進(jìn)行綁定，然后通知 TCP，準(zhǔn)備好接收連接，調(diào)用 accept() 阻塞，等待來自客戶端的連接。如果這時客戶端與服務(wù)器建立了連接，客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)請求，服務(wù)器接收請求并處理請求，然后把響應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端讀取數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)交換完畢。最后關(guān)閉連接，交互結(jié)束。

import socket
import sys

if __name__ == "__main__":
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 創(chuàng)建 Socket 連接（TCP）
    print("Socket Created")

    try:
        sock.bind(("127.0.0.1", 8001))  # 配置 Socket，綁定 IP 地址和端口號
    except socket.error as e:
        print("Bind Failed...", e)
        sys.exit(0)

    sock.listen(5)  # 設(shè)置最大允許連接數(shù)，各連接和 Server 的通信遵循 FIFO 原則

    while True:  # 循環(huán)輪詢 Socket 狀態(tài)，等待訪問
        conn, addr = sock.accept()
        try:
            conn.settimeout(10)  # 如果請求超過 10 秒沒有完成，就終止操作

            # 如果要同時處理多個連接，則下面的語句塊應(yīng)該用多線程來處理
            while True:  # 獲得一個連接，然后開始循環(huán)處理這個連接發(fā)送的信息
                data = conn.recv(1024)
                print("Get value " + data, end="

")
                if not data:
                    print("Exit Server", end="

")
                    break
                conn.sendall("OK")  # 返回數(shù)據(jù)
        except socket.timeout:  # 建立連接后，該連接在設(shè)定的時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)發(fā)來，就會引發(fā)超時
            print("Time out")

        conn.close()  # 當(dāng)一個連接監(jiān)聽循環(huán)退出后，連接可以關(guān)掉
    sock.close()

conn, addr = sock.accept()
調(diào)用 accept() 時，Socket 會進(jìn)入waiting狀態(tài)?？蛻舳苏埱筮B接時，方法建立連接并返回服務(wù)器。accept() 返回一個含有兩個元素的元組 (conn, addr)。第一個元素 conn 是新的 Socket 對象，服務(wù)器必須通過它與客戶端通信；第二個元素 addr 是客戶端的 IP 地址及端口。

data = conn.recv(1024)
接下來是處理階段，服務(wù)器和客戶端通過 send() 和 recv() 通信（傳輸數(shù)據(jù)）。
服務(wù)器調(diào)用 send()，并采用字符串形式向客戶端發(fā)送信息，send() 返回已發(fā)送的字符個數(shù)。
服務(wù)器調(diào)用 recv() 從客戶端接收信息。調(diào)用 recv() 時，服務(wù)器必須指定一個整數(shù)，它對應(yīng)于可通過本次方法調(diào)用來接收的最大數(shù)據(jù)量。recv() 在接收數(shù)據(jù)時會進(jìn)入blocked狀態(tài)，最后返回一個字符串，用它表示收到的數(shù)據(jù)。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)量超過了 recv() 所允許的，數(shù)據(jù)會被截短。多余的數(shù)據(jù)將緩沖于接收端，以后調(diào)用 recv() 時，會繼續(xù)讀剩余的字節(jié)，如果有多余的數(shù)據(jù)會從緩沖區(qū)刪除（以及自上次調(diào)用 recv() 以來，客戶端可能發(fā)送的其它任何數(shù)據(jù)）。傳輸結(jié)束，服務(wù)器調(diào)用 Socket 的 close() 關(guān)閉連接。

TCP 三次握手的 Socket 過程：

服務(wù)器調(diào)用 socket()、bind()、listen() 完成初始化后，調(diào)用 accept() 阻塞等待；

客戶端 Socket 對象調(diào)用 connect() 向服務(wù)器發(fā)送了一個 SYN 并阻塞；

服務(wù)器完成了第一次握手，即發(fā)送 SYN 和 ACK 應(yīng)答；

客戶端收到服務(wù)端發(fā)送的應(yīng)答之后，從 connect() 返回，再發(fā)送一個 ACK 給服務(wù)器；

服務(wù)器 Socket 對象接收客戶端第三次握手 ACK 確認(rèn)，此時服務(wù)端從 accept() 返回，建立連接。

接下來就是兩個端的連接對象互相收發(fā)數(shù)據(jù)。

TCP 四次揮手的 Socket 過程：

某個應(yīng)用進(jìn)程調(diào)用 close() 主動關(guān)閉，發(fā)送一個 FIN；

另一端接收到 FIN 后被動執(zhí)行關(guān)閉，并發(fā)送 ACK 確認(rèn)；

之后被動執(zhí)行關(guān)閉的應(yīng)用進(jìn)程調(diào)用 close() 關(guān)閉 Socket，并也發(fā)送一個 FIN；

接收到這個 FIN 的一端向另一端 ACK 確認(rèn)。

上面的代碼簡單地演示了 Socket 的基本函數(shù)使用，其實不管有多復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)程序，這些基本函數(shù)都會用到。上面的服務(wù)端代碼只有處理完一個客戶端請求才會去處理下一個客戶端的請求，這樣的服務(wù)器處理能力很弱，而實際中服務(wù)器都需要有并發(fā)處理能力，為了達(dá)到并發(fā)處理，服務(wù)器就需要 fork 一個新的進(jìn)程或者線程去處理請求。