摘要：什么是的中文翻譯過(guò)來(lái)就是套接字。套接字是什么，我們先來(lái)看看它的英文含義插座。服務(wù)端過(guò)程咱再來(lái)聊聊服務(wù)端的過(guò)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(lái)自客戶端的連接。

Socket 的中文翻譯過(guò)來(lái)就是“套接字”。套接字是什么，我們先來(lái)看看它的英文含義：插座。

Socket 就像一個(gè)電話插座，負(fù)責(zé)連通兩端的電話，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(shí)被其他進(jìn)程占用。而我們建立連接就像把插頭插在這個(gè)插座上，創(chuàng)建一個(gè) Socket 實(shí)例開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)后，這個(gè)電話插座就時(shí)刻監(jiān)聽(tīng)著消息的傳入，誰(shuí)撥通我這個(gè)“IP 地址和端口”，我就接通誰(shuí)。

實(shí)際上，Socket 是在應(yīng)用層和傳輸層之間的一個(gè)抽象層，它把 TCP/IP 層復(fù)雜的操作抽象為幾個(gè)簡(jiǎn)單的接口，供應(yīng)用層調(diào)用實(shí)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(kāi)—讀/寫(xiě)—關(guān)閉”模式的實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器和客戶端各自維護(hù)一個(gè)“文件”，在建立連接打開(kāi)后，可以向文件寫(xiě)入內(nèi)容供對(duì)方讀取或者讀取對(duì)方內(nèi)容，通訊結(jié)束時(shí)關(guān)閉文件。

另外我們經(jīng)常說(shuō)到的Socket 所在位置如下圖：

Socket 保證了不同計(jì)算機(jī)之間的通信，也就是網(wǎng)絡(luò)通信。對(duì)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(gè) Socket 對(duì)象，然后通過(guò) Socket 對(duì)象對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。通常服務(wù)器處于一個(gè)無(wú)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(shí)序圖：

客戶端的過(guò)程比較簡(jiǎn)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(méi)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(duì)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(huì)嘗試發(fā)送所有數(shù)據(jù)，并且成功時(shí)返回 None，而 send() 則返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)量，失敗時(shí)都拋出異常。

咱再來(lái)聊聊服務(wù)端的過(guò)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(lái)自客戶端的連接。如果這時(shí)客戶端與服務(wù)器建立了連接，客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器接收請(qǐng)求并處理請(qǐng)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(hào)
    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(wèn)
        conn, addr = sock.accept()
        try:
            conn.settimeout(10)  # 如果請(qǐng)求超過(guò) 10 秒沒(méi)有完成，就終止操作

            # 如果要同時(shí)處理多個(gè)連接，則下面的語(yǔ)句塊應(yīng)該用多線程來(lái)處理
            while True:  # 獲得一個(gè)連接，然后開(kāi)始循環(huán)處理這個(gè)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?cái)?shù)據(jù)
        except socket.timeout:  # 建立連接后，該連接在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)來(lái)，就會(huì)引發(fā)超時(shí)
            print("Time out")

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

conn, addr = sock.accept()
調(diào)用 accept() 時(shí)，Socket 會(huì)進(jìn)入waiting狀態(tài)?？蛻舳苏?qǐng)求連接時(shí)，方法建立連接并返回服務(wù)器。accept() 返回一個(gè)含有兩個(gè)元素的元組 (conn, addr)。第一個(gè)元素 conn 是新的 Socket 對(duì)象，服務(wù)器必須通過(guò)它與客戶端通信；第二個(gè)元素 addr 是客戶端的 IP 地址及端口。

data = conn.recv(1024)
接下來(lái)是處理階段，服務(wù)器和客戶端通過(guò) 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(gè)數(shù)。
服務(wù)器調(diào)用 recv() 從客戶端接收信息。調(diào)用 recv() 時(shí)，服務(wù)器必須指定一個(gè)整數(shù)，它對(duì)應(yīng)于可通過(guò)本次方法調(diào)用來(lái)接收的最大數(shù)據(jù)量。recv() 在接收數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)進(jìn)入blocked狀態(tài)，最后返回一個(gè)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(guò)了 recv() 所允許的，數(shù)據(jù)會(huì)被截短。多余的數(shù)據(jù)將緩沖于接收端，以后調(diào)用 recv() 時(shí)，會(huì)繼續(xù)讀剩余的字節(jié)，如果有多余的數(shù)據(jù)會(huì)從緩沖區(qū)刪除（以及自上次調(diào)用 recv() 以來(lái)，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(guò)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(duì)象調(diào)用 connect() 向服務(wù)器發(fā)送了一個(gè) 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(gè) ACK 給服務(wù)器；

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

接下來(lái)就是兩個(gè)端的連接對(duì)象互相收發(fā)數(shù)據(jù)。

TCP 四次揮手的 Socket 過(guò)程：

某個(gè)應(yīng)用進(jìn)程調(diào)用 close() 主動(dòng)關(guān)閉，發(fā)送一個(gè) FIN；

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

之后被動(dòng)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(gè) FIN；

接收到這個(gè) FIN 的一端向另一端 ACK 確認(rèn)。

上面的代碼簡(jiǎn)單地演示了 Socket 的基本函數(shù)使用，其實(shí)不管有多復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)程序，這些基本函數(shù)都會(huì)用到。上面的服務(wù)端代碼只有處理完一個(gè)客戶端請(qǐng)求才會(huì)去處理下一個(gè)客戶端的請(qǐng)求，這樣的服務(wù)器處理能力很弱，而實(shí)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(gè)新的進(jìn)程或者線程去處理請(qǐng)求。