客户端 / 服务器打印程序

你现在已经了解了基本的 socket API 以及客户端和服务器是如何通信的，让我们来创建一个客户端和服务器。我们将会以一个简单的实现开始。服务器将打印客户端发送回来的内容

打印程序的服务端

下面就是服务器代码，echo-server.py：

#!/usr/bin/env python3

import socket

HOST = '127.0.0.1'  # 标准的回环地址 (localhost)
PORT = 65432        # 监听的端口 （非系统级的端口：大于 1023)

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
    s.bind((HOST, PORT))
    s.listen()
    conn, addr = s.accept()
    with conn:
        print('Connected by', addr)
        while True:
            data = conn.recv(1024)
            if not data:
                break
            conn.sendall(data)

注意：上面的代码你可能还没法完全理解，但是不用担心。这几行代码做了很多事情，这只是一个起点，帮你看见这个简单的服务器是如何运行的教程后面有引用部分，里面有很多额外的引用资源链接，这个教程中我将把链接放在那儿

让我们一起来看一下 API 调用以及发生了什么

socket.socket() 创建了一个 socket 对象，并且支持 上下文管理器，你可以使用 with 语句，这样你就不用再手动调用 s.close() 来关闭 socket 了

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
    pass  # Use the socket object without calling s.close().

调用 socket() 时传入的 socket 地址族参数 socket.AF_INET 表示因特网 IPv4 地址族，SOCK_STREAM 表示使用 TCP 的 socket 类型，协议将被用来在网络中传输消息

bind() 用来关联 socket 到指定的网络接口（IP 地址）和端口号：

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 65432

# ...

s.bind((HOST, PORT))

bind() 方法的入参取决于 socket 的地址族，在这个例子中我们使用了 socket.AF_INET (IPv4)，它将返回两个元素的元组：(host, port)

host 可以是主机名称、IP 地址、空字符串，如果使用 IP 地址，host 就应该是 IPv4 格式的字符串， 127.0.0.1 是标准的 IPv4 回环地址，只有主机上的进程可以连接到服务器，如果你传了空字符串，服务器将接受本机所有可用的 IPv4 地址

端口号应该是 1-65535 之间的整数（0 是保留的），这个整数就是用来接受客户端链接的 TCP 端口号，如果端口号小于 1024，有的操作系统会要求管理员权限

使用 bind() 传参为主机名称的时候需要注意：

如果你在 host 部分 主机名称 作为 IPv4/v6 socket 的地址，程序可能会产生非确定性的行为，因为 Python 会使用 DNS 解析后的 第一个 地址，根据 DNS 解析的结果或者 host 配置 socket 地址将会以不同方式解析为实际的 IPv4/v6 地址。如果想得到确定的结果传入的 host 参数建议使用数字格式的地址 引用

我稍后将在 使用主机名 部分讨论这个问题，但是现在也值得一提。目前来说你只需要知道当使用主机名时，你将会因为 DNS 解析的原因得到不同的结果

可能是任何地址。比如第一次运行程序时是 10.1.2.3，第二次是 192.168.0.1，第三次是 172.16.7.8 等等

继续看上面的服务器代码示例，listen() 方法调用使服务器可以接受连接请求，这使它成为一个「监听中」的 socket

s.listen()
conn, addr = s.accept()

listen() 方法有一个 backlog 参数。它指定在拒绝新的连接之前系统将允许使用的 未接受的连接 数量。从 Python 3.5 开始，这是可选参数。如果不指定，Python 将取一个默认值

如果你的服务器需要同时接收很多连接请求，增加 backlog 参数的值可以加大等待链接请求队列的长度，最大长度取决于操作系统。比如在 Linux 下，参考 /proc/sys/net/core/somaxconn

accept() 方法阻塞并等待传入连接。当一个客户端连接时，它将返回一个新的 socket 对象，对象中有表示当前连接的 conn 和一个由主机、端口号组成的 IPv4/v6 连接的元组，更多关于元组值的内容可以查看 socket 地址族 一节中的详情

这里必须要明白我们通过调用 accept() 方法拥有了一个新的 socket 对象。这非常重要，因为你将用这个 socket 对象和客户端进行通信。和监听一个 socket 不同的是后者只用来授受新的连接请求

conn, addr = s.accept()
with conn:
    print('Connected by', addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024)
        if not data:
            break
        conn.sendall(data)

从 accept() 获取客户端 socket 连接对象 conn 后，使用一个无限 while 循环来阻塞调用 conn.recv()，无论客户端传过来什么数据都会使用 conn.sendall() 打印出来

如果 conn.recv() 方法返回一个空 byte 对象（b''），然后客户端关闭连接，循环结束，with 语句和 conn 一起使用时，通信结束的时候会自动关闭 socket 链接

打印程序的客户端

现在我们来看下客户端的程序，echo-client.py：

#!/usr/bin/env python3

import socket

HOST = '127.0.0.1'  # 服务器的主机名或者 IP 地址
PORT = 65432        # 服务器使用的端口

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
    s.connect((HOST, PORT))
    s.sendall(b'Hello, world')
    data = s.recv(1024)

print('Received', repr(data))

与服务器程序相比，客户端程序简单很多。它创建了一个 socket 对象，连接到服务器并且调用 s.sendall() 方法发送消息，然后再调用 s.recv() 方法读取服务器返回的内容并打印出来

运行打印程序的客户端和服务端

让我们运行打印程序的客户端和服务端，观察他们的表现，看看发生了什么事情

如果你在运行示例代码时遇到了问题，可以阅读 如何使用 Python 开发命令行命令，如果你使用的是 windows 操作系统，请查看 Python Windows FAQ

打开命令行程序，进入你的代码所在的目录，运行打印程序的服务端：

$ ./echo-server.py

你的命令行将被挂起，因为程序有一个阻塞调用

conn, addr = s.accept()

它将等待客户端的连接，现在再打开一个命令行窗口运行打印程序的客户端：

$ ./echo-client.py
Received b'Hello, world'

在服务端的窗口你将看见：

$ ./echo-server.py
Connected by ('127.0.0.1', 64623)

上面的输出中，服务端打印出了 s.accept() 返回的 addr 元组，这就是客户端的 IP 地址和 TCP 端口号。示例中的端口号是 64623 这很可能是和你机器上运行的结果不同

查看 socket 状态

想查找你主机上 socket 的当前状态，可以使用 netstat 命令。这个命令在 macOS, Window, Linux 系统上默认可用

下面这个就是启动服务后 netstat 命令的输出结果：

$ netstat -an
Active Internet connections (including servers)
Proto Recv-Q Send-Q  Local Address          Foreign Address        (state)
tcp4       0      0  127.0.0.1.65432        *.*                    LISTEN

注意本地地址是 127.0.0.1.65432，如果 echo-server.py 文件中 HOST 设置成空字符串 '' 的话，netstat 命令将显示如下：

$ netstat -an
Active Internet connections (including servers)
Proto Recv-Q Send-Q  Local Address          Foreign Address        (state)
tcp4       0      0  *.65432                *.*                    LISTEN

本地地址是 *.65432，这表示所有主机支持的 IP 地址族都可以接受传入连接，在我们的例子里面调用 socket() 时传入的参数 socket.AF_INET 表示使用了 IPv4 的 TCP socket，你可以在输出结果中的 Proto 列中看到 (tcp4)

上面的输出是我截取的只显示了咱们的打印程序服务端进程，你可能会看到更多输出，具体取决于你运行的系统。需要注意的是 Proto, Local Address 和 state 列。分别表示 TCP socket 类型、本地地址端口、当前状态

另外一个查看这些信息的方法是使用 lsof 命令，这个命令在 macOS 上是默认安装的，Linux 上需要你手动安装

$ lsof -i -n
COMMAND     PID   USER   FD   TYPE   DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
Python    67982 nathan    3u  IPv4 0xecf272      0t0  TCP *:65432 (LISTEN)

isof 命令使用 -i 参数可以查看打开的 socket 连接的 COMMAND, PID(process id) 和 USER(user id)，上面的输出就是打印程序服务端

netstat 和 isof 命令有许多可用的参数，这取决于你使用的操作系统。可以使用 man page 来查看他们的使用文档，这些文档绝对值得花一点时间去了解，你将受益匪浅，macOS 和 Linux 中使用命令 man netstat 或者 man lsof 命令，windows 下使用 netstat /? 来查看帮助文档

一个通常会犯的错误是在没有监听 socket 端口的情况下尝试连接：

$ ./echo-client.py
Traceback (most recent call last):
  File "./echo-client.py", line 9, in <module>
    s.connect((HOST, PORT))
ConnectionRefusedError: [Errno 61] Connection refused

也可能是端口号出错、服务端没启动或者有防火墙阻止了连接，这些原因可能很难记住，或许你也会碰到 Connection timed out 的错误，记得给你的防火墙添加允许我们使用的端口规则

引用部分有一些常见的 错误信息