python创建TCP Server

使用python创建一个TCP Server并不是什么难事，难的是理解每一行代码背后的意义和原理, 涉及到的知识点包括绑定ip, 绑定端口, 监听, 接受一个客户端的连接请求, 接收数据, 关闭连接, 每个步骤都有细节知识点...

import socket

# 指定协议
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 让端口可以重复使用
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# 绑定ip和端口
server.bind(('0.0.0.0', 8080))
# 监听
server.listen(1)
# 等待消息
clientsocket, address = server.accept()
# 接收消息
data = clientsocket.recv(1024)
# 关闭socket
clientsocket.close()
server.close()

这样一段代码，有哪些知识需要深入理解呢？

1. SO_REUSEADDR

如果没有下面这行代码

# 让端口可以重复使用
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

一旦server意外死亡或人为干掉，那么大约两分钟内，无法重新启动该server，这是因为，建立socket连接后，主动断开连接的一方所用的端口会进入到TIME_WAIT状态，如果短时间内再次启动server，就会引发异常 OSError: [Errno 48] Address already in use

2. 绑定ip

server.bind(('0.0.0.0', 8080))

绑定ip写成'0.0.0.0'，表示接受所有ip发起的tcp连接，如果写成127.0.0.1，那么就只接受本机上发出的socket连接了

3. 绑定端口

一台主机，可以开放的端口范围是从0~65535，这个范围，是由TCP/IP协议决定的，在该协议中，TCP的头结构如下

在基于IPv4的网络中，源端口号和目标端口号都是16位的，因此最大只能是65535。

端口0在网络编程中有着特殊作用，尤其在unix系统中，如果你申请打开0端口号，0更像是一个统配符，系统会寻找一个合适的端口供你使用，而不是按照你的要求打开端口0。

在TCP/IP 协议中，0端口号是保留的，在TCP和UDP中都不应该使用，1-1023为系统端口，1024-65535为用户端口。

4. 监听

server.listen(1)

listen方法开始监听客户端连接请求，listen的参数设置为n,并不是表示最多可以建立n个连接，而是在服务器拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量，我这里设置为1，但可以有多于1个客户端向服务端发起连接。

对于这个参数，tornado默认设置为128，我觉得有点小了，nginx一般推荐大一些，搞个2048也没问题，它是用多个进程进行accept操作，一个进程处理不过来了，会换另一个进程，因此处理的非常快

5.accept

accept()接受一个客户端的连接请求，并返回一个新的套接字，这样的解释正确但还不够深入。

作为服务端，系统会维护一个syn队列和一个accept队列，客户端发起连接发送syn包时，系统会把这个连接信息放入到syn队列里，然后返回syn+ack包，等收到客户端最后发回来的ack包时，会从syn队列里把连接信息放入到accept队列里， accept会从accept队列里取连接，这里的连接都已经完成了3次握手。

6. 接收数据

data = server.recv(1024)

recv负责接收套接字的数据，参数设置成1024，并不意味着一定会接收到1024字节数据，即便对方发的数据超过1024，recv执行一次究竟能收到多少数据，取决接收缓冲区里有多少数据以及TCP/IP协议，如果已知对方会发送5000字节的数据，那么我们需要自己统计已经接收了多少，还剩余多少没有收到

7. 关闭连接

我这里用了close(),也可以用shutdown()，但你千万不要以为关闭socket连接有两种方法，其实他们很不同。shutdown破坏了连接，而close只是关闭本进程的socket id,不破坏连接，此时，其他进程仍然可以在该连接上发送和接收消息。前面提到过，nginx使用多个进程进行accept操作，这些进程都是fork出来的，他们共同使用同一个socket连接,如果某一个进程执行close,并不影响其他进程继续使用，每进行一次close,计数器就会减一，等到为0时，就是所有进程都执行close了，此时，套接字资源才会被回收。