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深入解析 Python 的 socket 库：从基础通信到网络编程实战

backend 2025/6/18 16:34:47

深入解析 Python 的 socket 库：从基础通信到网络编程实战

在网络应用开发中，“通信”是最基本的能力。而在 Python 中，实现通信的核心库就是 socket。本文将全面介绍 socket 库的原理、用法与实战技巧，带你从入门走向精通。

一、什么是 socket？

socket 是一种“套接字”机制，是网络通信的基础。它抽象了底层 TCP/IP 协议栈的复杂性，使得程序员可以通过统一的接口，实现本地与远程主机之间的数据传输。

🧠 简单理解：

Socket = IP + Port + 协议；
客户端通过 socket 向服务器发起连接；
服务端监听某个端口等待连接；
成功连接后，双方可以像“打电话”一样进行收发数据。

二、socket 类型与协议

Python 的 socket 支持两种主要的传输协议：

协议类型	描述	socket 类型
TCP	面向连接、可靠传输	`socket.SOCK_STREAM`
UDP	无连接、不可靠传输	`socket.SOCK_DGRAM`

通常网络应用大多基于 TCP，实时/广播类则可能基于 UDP。

三、基本 API 结构

Python 的 socket 库提供了简洁而强大的接口：

import socket# 创建 socket 对象
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # TCP
# s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # UDP

参数解释：

AF_INET：IPv4；
SOCK_STREAM：TCP；
SOCK_DGRAM：UDP。

四、TCP 通信：客户端与服务端示例

✅ 服务端（TCP Server）

import socketserver = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('localhost', 8080))
server.listen(1)  # 同时最多连接数print("等待客户端连接...")
conn, addr = server.accept()
print(f"客户端连接自：{addr}")data = conn.recv(1024).decode()
print("收到消息：", data)
conn.send("你好，客户端！".encode())conn.close()
server.close()

✅ 客户端（TCP Client）

import socketclient = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('localhost', 8080))client.send("你好，服务端！".encode())
data = client.recv(1024).decode()
print("收到服务端回复：", data)client.close()

💡 运行方式：

启动服务端脚本；
再运行客户端脚本。

五、UDP 通信示例

UDP 是无连接的，传输效率高但不保证可靠性。

服务端（UDP Server）

import socketserver = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server.bind(('localhost', 9999))
print("UDP 服务端启动，等待接收数据...")while True:data, addr = server.recvfrom(1024)print(f"来自 {addr} 的消息：{data.decode()}")server.sendto("收到消息，谢谢！".encode(), addr)

客户端（UDP Client）

import socketclient = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
client.sendto("你好 UDP 服务端！".encode(), ('localhost', 9999))data, addr = client.recvfrom(1024)
print("服务端回复：", data.decode())client.close()

六、常用方法速查

方法	说明
`socket()`	创建 socket
`bind((host, port))`	绑定 IP 与端口（服务端用）
`listen(n)`	监听连接（TCP）
`accept()`	接收连接，返回连接与地址
`connect((host, port))`	客户端连接到服务端
`send()` / `sendall()`	发送数据（TCP）
`recv(bufsize)`	接收数据（TCP）
`sendto()` / `recvfrom()`	UDP 的发送与接收
`close()`	关闭 socket
`settimeout(seconds)`	设置超时时间

七、进阶用法：多线程处理客户端

单线程服务端一次只能处理一个客户端，我们可以引入 threading 实现并发连接处理。

import socket
import threadingdef handle_client(conn, addr):print(f"新连接：{addr}")data = conn.recv(1024).decode()print(f"来自{addr}的消息：{data}")conn.send("你好，客户端！".encode())conn.close()server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('localhost', 8081))
server.listen(5)
print("多线程服务端启动...")while True:conn, addr = server.accept()t = threading.Thread(target=handle_client, args=(conn, addr))t.start()

八、调试技巧与常见问题

1. 地址重用错误

OSError: [Errno 98] Address already in use

解决：

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

2. recv 阻塞问题

recv() 是阻塞式的，若希望非阻塞，可设置：

s.settimeout(5)  # 超时 5 秒

3. 编码问题

始终建议传输 bytes 类型，因此记得 .encode() 和 .decode() 配对使用。

九、实战案例：简易聊天室

我们来实现一个基于 TCP 的简易聊天室服务端：

# server_chat.py
import socket
import threadingclients = []def handle_client(conn, addr):print(f"{addr} 已连接")clients.append(conn)while True:try:msg = conn.recv(1024).decode()if not msg:breakprint(f"{addr} 说：{msg}")for c in clients:if c != conn:c.send(f"{addr} 说：{msg}".encode())except:breakclients.remove(conn)conn.close()server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('localhost', 9000))
server.listen(5)
print("聊天室服务端启动...")while True:conn, addr = server.accept()threading.Thread(target=handle_client, args=(conn, addr)).start()

客户端连接聊天：

# client_chat.py
import socket
import threadingclient = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('localhost', 9000))def recv_msg():while True:try:data = client.recv(1024).decode()print(data)except:breakthreading.Thread(target=recv_msg, daemon=True).start()while True:msg = input()client.send(msg.encode())