python之TCP的网络应用程序开发
文章目录
- 版权声明
- python3编码转换
- socket类的使用
- 创建Socket对象
- Socket对象常用方法和参数
- 使用示例
- 服务器端代码
- 客户端代码
- TCP客户端程序开发流程
- TCP服务端程序开发流程
- TCP网络应用程序注意点
- socket之send和recv原理剖析
- send原理剖析
- recv原理剖析
- send和recv原理剖析图
- 多任务版TCP服务端程序开发
版权声明
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python3编码转换
- 在网络传输数据的时候，数据需要先编码转化为二进制（bytes）数据类型
| 函数名 | 说明 |
|---|---|
| encode | 编码 将字符串转化为字节码 |
| decode | 解码 将字节码转化为字符串 |
- encoed()和decode()函数可以接受参数,encoding是指在编解码过程中使用的编码方案。
bytes.decode(encoding=“utf-8”) str.encode(encoding=”utf-8”)
socket类的使用
- Python的
socket类是Python标准库的一部分，用于提供对低级网络接口的访问。支持IPv4、IPv6、TCP、UDP等协议，允许创建基于网络的应用程序，如服务器和客户端。
创建Socket对象
- 要使用
socket类，首先需要导入socket模块，然后创建一个socket对象。可以通过调用socket.socket()方法并传递相应的参数来创建一个socket。import socket # 创建一个socket对象，默认是IPv4和TCP协议 # socket.socket(AddressFamily, Type) s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
Socket对象常用方法和参数
| 方法/参数 | 类型/描述 | 示例/默认值 | 说明 |
|---|---|---|---|
socket() | 构造函数 | 用于创建socket对象 | |
family | 参数 | socket.AF_INET | 地址族，确定了socket的类型（IPv4或IPv6） |
type | 参数 | socket.SOCK_STREAM | 指定了socket的通信类型（TCP或UDP） |
proto | 参数 | 0 | 协议编号，默认为0，由系统选择合适的协议 |
fileno | 参数 | None | 可以指定一个文件描述符 |
bind(address) | 方法 | 绑定地址到socket | |
address | 参数 | ('localhost', 12345) | 一个包含主机名和端口号的元组 |
listen(backlog) | 方法 | 开始监听传入连接 | |
backlog | 参数 | 5 | 定义了等待队列的大小 |
accept() | 方法 | 接受一个连接，返回(conn, address) | |
connect(address) | 方法 | 用于客户端连接服务器 | |
send(bytes) | 方法 | 发送数据，参数为字节数据 | |
recv(bufsize) | 方法 | 接收数据，指定最大数据量 | |
bufsize | 参数 | 1024 | 接收数据的缓冲区大小 |
close() | 方法 | 关闭socket连接 |
使用示例
服务器端代码
import socket# 创建socket对象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 绑定地址（host，port）
server_socket.bind(('localhost', 12345))# 开始监听
server_socket.listen()print("服务器启动，等待连接...")# 接受连接
connection, address = server_socket.accept()
print(f"连接来自 {address}")# 接收数据
data = connection.recv(1024)
print(f"接收到的数据: {data.decode()}")# 发送数据
connection.send("Hello, client!".encode())# 关闭连接
connection.close()
客户端代码
import socket# 创建socket对象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 连接服务器
client_socket.connect(('localhost', 12345))# 发送数据
client_socket.send("Hello, server!".encode())# 接收数据
data = client_socket.recv(1024)
print(f"接收到的数据: {data.decode()}")# 关闭连接
client_socket.close()
这仅仅是一个非常简单的例子，实际应用中还需要处理错误、多线程或多进程处理多个连接、非阻塞IO等复杂情况。
TCP客户端程序开发流程
-
TCP网络应用程序开发分为:
- TCP客户端程序开发，运行在服务器设备上的程序，专门为客户端提供数据服务。
- TCP服务端程序开发，运行在用户设备上的程序
-
TCP客户端程序开发流程
- 创建客户端套接字对象(买电话)
- 和服务端套接字建立连接(打电话)
- 发送数据(说话)
- 接收数据(接听)
- 关闭客户端套接字(挂电话)
-
TCP客户端开发程序流程
- 创建客户端套接字对象
- 和服务端套接字建立连接
- 发送数据
- 接收数据
- 关闭客户端套接字
import socketif __name__ == '__main__':# 1.创建客户端套接字对象tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 2.和服务端套接字建立连接tcp_client_socket.connect(("localhost", 8080))# 3.发送数据tcp_client_socket.send("hello".encode(encoding="utf-8"))# 4.接收数据 recv阻塞等待数据的到来recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)print(recv_data.decode())# 5.关闭客户端套接字tcp_client_socket.close()TCP服务端程序开发流程
- 创建服务端端套接字对象
- 绑定IP地址和端口号
- 设置监听
- 等待接受客户端的连接请求
- 接收数据
- 发送数据
- 关闭套接字
import socketif __name__ == '__main__':# 1.创建服务端套接字对象tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 2. 绑定IP地址和端口号# bind中的参数第一个ip地址元素设置为"",默认为本机ip地址tcp_server_socket.bind(("", 8080))# 3.设置监听 128:代表服务端等待排队连接的最大数量tcp_server_socket.listen(128)# 4.等待接受客户端的连接请求 accept阻塞等待 返回一个用以和客户端通socket,客户端的地址conn_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()print("客户端地址:", ip_port)# 5.接收数据recv_data = conn_socket.recv(1024)print("接收到的数据:", recv_data.decode())# 6.发送数据conn_socket.send("客户端你的数据我收到了".encode())# 7.关闭套接字conn_socket.close()tcp_server_socket.close()
TCP网络应用程序注意点
- 当TCP客户端程序想要和TCP服务端程序进行通信的时候必须要先建立连接
- TCP客户端程序一般不需要绑定端口号，因为客户端是主动发起建立连接的
- TCP服务端程序必须绑定端口号，否则客户端找不到这个TCP服务端程序。
- listen后的套接字是被动套接字，只负责接收新的客户端的连接请求，不能收发消息
- 当TCP客户端程序和TCP服务端程序连接成功后，TCP服务器端程序会产生一个新的套接字，收发客户端消息使用该套接字.
- 关闭accept返回的套接字意味着和客户端已经通信完毕 。 当客户端的套接字调用close后，服务器端的recv会解阻塞,返回的数据长度为0，服务端可以通过返回数据的长度来判断客户端是否已经下线，反之服务端关闭套接字，客户端的recv也会解阻塞，返回的数据长度也为0。
socket之send和recv原理剖析
- 当创建一个TCP socket对象的时候会有一个发送缓冲区和一个接收缓冲区，这个发送和接收缓冲区指的就是内存中的一片空间。
send原理剖析
- send发送数据给服务端：必须得通过网卡发送数据，应用程序是无法直接通过网卡发送数据的，它需要调用操作系统接口，也就是说，应用程序把发送的数据先写入到发送缓冲区(内存中的一片空间)，再由操作系统控制网卡把发送缓冲区的数据发送给服务端网卡。
recv原理剖析
- recv从客户端接收数据：应用软件是无法直接通过网卡接收数据的，它需要调用操作系统接口，由操作系统通过网卡接收数据，把接收的数据写入到接收缓冲区(内存中的一片空间），应用程序再从接收缓存区获取客户端发送的数据。
send和recv原理剖析图
- 不管是recv还是send都不是直接接收到对方的数据和发送数据到对方，发送数据会写入到发送缓冲区，接收数据是从接收缓冲区来读取，发送数据和接收数据最终是由操作系统控制网卡来完成。
多任务版TCP服务端程序开发
- 实现步骤分析:
-
编写一个TCP服务端程序，循环等待接受客户端的连接请求
while True:service_client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept() -
当客户端和服务端建立连接成功，创建子线程，使用子线程专门处理客户端的请求，防止主线程阻塞
while True:service_client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()sub_thread = threading.Thread(target=handle_client_request, args=(service_client_socket, ip_port))sub_thread.start()
- 完整代码：
import socket
import threading# 处理客户端函数
def handle_client(conn_socket):# 5.接收数据recv_data = conn_socket.recv(1024)print("接收到的数据:", recv_data.decode())# 6.发送数据conn_socket.send("收到客户端数据：".encode())# 7.关闭套接字conn_socket.close()# 1 使用循环接收客户端的连接请求
if __name__ == '__main__':# 1.创建服务端套接字对象tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 设置端口号复用，让程序退出端口号立即释放tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)# 2. 绑定IP地址和端口号# 如果bind中的参数第一个ip地址元素设置为"",默认为本机ip地址tcp_server_socket.bind(("", 8888))# 3.设置监听 128:代表服务端等待排队连接的最大数量tcp_server_socket.listen(128)while True:# 4.等待接受客户端的连接请求 accept阻塞等待 返回一个用以和客户端通socket,客户端的地址conn_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()print("客户端地址:", ip_port)# 使用多线程去接收多个客户端的请求 设置守护主线程sub_thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(conn_socket,), daemon=True)sub_thread.start()tcp_server_socket.close()