楔子

本次我们来聊一聊 Socket，以及它如何与 asyncio 搭配使用。

阻塞 Socket

Socket 是对 TCP/IP 协议的一个封装，可以让我们更方便地使用 TCP/IP 协议，而不用关注背后的原理。并且我们经常使用的 Web 框架，本质上也是一个 Socket。

所以 Socket 是操作系统对 TCP/IP 网络协议栈的封装，并提供了一系列的接口，我们通过这些接口可以实现网络通信，而不用关注网络协议的具体细节。

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按照现有的网络模型，Socket 并不属于其中的任何一层，但我们可以简单地将 Socket 理解为传输层之上的抽象层，负责连接应用层和传输层。Socket 提供了大量的 API，基于这些 API 我们可以非常方便地使用网络协议栈，在不同主机间进行网络通信。

Linux 一切皆文件，Socket 也不例外，它被称为套接字文件，在使用上和普通文件是类似的。

Socket 是什么我们已经知道了，下面来看看如何使用 Socket 进行编程。

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整个过程如下：

• 服务端初始化 socket，此时会得到「主动套接字」；
• 服务端调用 bind 方法，将套接字绑定在某个 IP 和端口上；
• 服务端调用 listen 进行监听，此时「主动套接字」会变成「监听套接字」；
• 服务端调用 accept，等待客户端连接，此时服务端会阻塞在这里（调用的是阻塞的 API）；
• 客户端同样初始化 socket，得到主动套接字；
• 客户端调用主动套接字的 connect，向服务器端发起连接请求，如果连接成功，后续客户端就用这个主动套接字进行数据的传输；
• 当客户端来连接时，那么服务端的 accept 将不再阻塞，并返回「已连接套接字」，后续服务端便用这个已连接套接字和客户端进行数据传输；
• 当客户端来连接时，那么服务端的 accept 将不再阻塞，并返回「已连接套接字」，后续服务端便用这个已连接套接字和客户端进行数据传输；

我们使用来编写代码演示一下这个过程，首先是服务端：

import socket

# socket.socket() 会返回一个「主动套接字」
server = socket.socket(
    # 表示使用 IPv4，如果是 socket.AF_INET6
    # 则表示使用 IPv6
    socket.AF_INET,
    # 表示建立 TCP 连接，如果是 socket.SOCK_DGRAM
    # 则表示建立 UDP 连接
    socket.SOCK_STREAM
)
# 当然这两个参数也可以不传，因为默认就是它

# 设置套接字属性，这里让端口释放后立刻就能再次使用
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,
                  socket.SO_REUSEADDR, True)

# 将「主动套接字」绑定在某个 IP 和端口上
server.bind(("localhost", 12345))
# 监听，此时「主动套接字」会变成「监听套接字」
server.listen(5)

# 调用 accept，等待客户端连接，此时会阻塞在这里
# 如果客户端连接到来，那么会返回「已连接套接字」，也就是这里的 conn
# 至于 addr 则是一个元组，保存了客户端连接的信息（IP 和端口）
conn, addr = server.accept()

# 下面我们通过「已连接套接字」conn 和客户端进行消息的收发
# 收消息使用 recv、发消息使用 send，和 read、write 本质是一样的
while True:
    msg = conn.recv(1024)
    # 当客户端断开连接时，msg 会收到一个空字节串
    if not msg:
        print("客户端已经断开连接")
        conn.close()
        break
    print("客户端发来消息:", msg.decode("utf-8"))
    # 然后我们加点内容之后，再给客户端发过去
    conn.send("服务端收到, 你发的消息是: ".encode("utf-8") + msg)