《快速掌握PyQt5》第三十五章 网络应用

第三十五章 网络应用

35.1 编写UDP客户/服务端代码

35.2 编写TCP客户/服务端代码

35.3 小结

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PyQt5提供了QUdpSocket和QTcpSocket类分别用于实现UDP和TCP传输协议。这两个协议都可以用来创建网络客户端和服务端的应用程序。前者(UDP)以包的形式将数据从一台主机发送到另一台主机上。它只负责发送，但并不在乎是否发送成功。优点是轻巧快速；而后者(TCP)能够为应用程序提供可靠的通信连接，它以流的形式来发送数据，能够确保数据无差错地送达到其他计算机。优点是安全可靠。

 

TCP几乎已经是两个互联网程序通信的默认选择，但是UDP在某些方面还是有优势的(比如广播)。总之，具体情况还是要具体分析。在这一章我们就来了解下如果使用PyQt5所提供的相关网络模块来进行通信。

 

35.1 编写UDP客户/服务端代码

我们通过以下例子来了解下如何使用QUdpSocket——服务端程序不断发送系统时间给客户端，客户端接收数据并进行显示：

服务端

客户端

 

以下是服务端代码：

import sys
from PyQt5.QtCore import Qt, QTimer, QDateTime
from PyQt5.QtNetwork import QUdpSocket, QHostAddress
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QPushButton, QLabel, QVBoxLayout


class Server(QWidget):

    def __init__(self):
        super(Server, self).__init__()

        # 1
        self.sock = QUdpSocket(self)

        # 2
        self.label = QLabel('0', self)
        self.label.setAlignment(Qt.AlignCenter)
        self.btn = QPushButton('Start Server', self)
        self.btn.clicked.connect(self.start_stop_slot)

        self.v_layout = QVBoxLayout()
        self.v_layout.addWidget(self.label)
        self.v_layout.addWidget(self.btn)
        self.setLayout(self.v_layout)

        # 3
        self.timer = QTimer(self)
        self.timer.timeout.connect(self.send_data_slot)

    def start_stop_slot(self):
        if not self.timer.isActive():
            self.btn.setText('Stop Server')
            self.timer.start(1000)
        else:
            self.btn.setText('Start Server')
            self.timer.stop()

    def send_data_slot(self):
        message = QDateTime.currentDateTime().toString()
        self.label.setText(message)

        datagram = message.encode()
        self.sock.writeDatagram(datagram, QHostAddress.LocalHost, 6666)


if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    demo = Server()
    demo.show()
    sys.exit(app.exec_())

1. 实例化一个QUdpSocket对象；

2. 实例化QLabel和QPushButton控件并布局，按钮所连接的槽函数用来控制定时器QTimer的启动与停止。当定时器启动后，服务器每过一秒就会向客户端发送数据；

3. 实例化一个QTimer对象，并将timeout信号和槽函数连接起来。在槽函数中，笔者首先获取到当前的系统时间并存储到message变量中，然后将QLabel控件的值设为message显示在窗口中。接着调用encode()方法对message进行编码以用于传输。最后调用QUdpSocket对象的writedatagram()方法将编码后的字节数据发送到本地主机地址，目标端口为6666；

 

上述程序中用到的QHostAddress类通常与QTcpSocket, QTcpServer和QUdpSocket一起使用来连接主机或者搭建服务器。以下是我们可能会在程序中用到的一些地址：

常量	值	描述
QHostAddress.Null	0	空地址对象，等同于QHostAddress()
QHostAddress.LocalHost	2	IPv4本地主机地址，等同于QHostAddress(“127.0.0.1”)
QHostAddress.LocalHostIPv6	3	IPv6本地主机地址，等同于QHostAddress("::1")
QHostAddress.Broadcast	1	IPv4广播地址，等同于QHostAddress("255.255.255.255")
QHostAddress.AnyIPv4	6	任何IPv4地址，等同于QHostAdress("0.0.0.0")，与该常量绑定的套接字只会监听IPv4接口
QHostAddress.AnyIPv4	5	任何IPv6地址，等同于QHostAdress("::")，与该常量绑定的套接字只会监听IPv6接口
QHostAddress.Any	4	任何双协议栈地址，与该常量绑定的套接字可以监听IPv4接口和IPv6接口

运行截图如下：

点击按钮后QLabel显示系统时间，同时该时间数据也不断被发送到客户端：

如果再按下按钮的话，时间停止更新，数据也会停止发送。

 

以下是客户端代码：

import sys
from PyQt5.QtNetwork import QUdpSocket, QHostAddress
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QTextBrowser, QVBoxLayout


class Client(QWidget):

    def __init__(self):
        super(Client, self).__init__()

        # 1
        self.sock = QUdpSocket(self)
        self.sock.bind(QHostAddress.LocalHost, 6666)
        self.sock.readyRead.connect(self.read_data_slot)
        
        # 2
        self.browser = QTextBrowser(self)

        self.layout = QVBoxLayout()
        self.layout.addWidget(self.browser)
        self.setLayout(self.layout)

    def read_data_slot(self):
        while self.sock.hasPendingDatagrams():
            datagram, host, port = self.sock.readDatagram(
                self.sock.pendingDatagramSize()
            )

            messgae = 'Date time: {}\nHost: {}\nPort: {}\n\n'.format(datagram.decode(), host.toString(), port)
            self.browser.append(messgae)


if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    demo = Client()
    demo.show()
    sys.exit(app.exec_())

1. 实例化QUdpSocket对象并调用bind()方法绑定地址和端口。每次可以准备读取新数据时，readyRead信号就会发射，我们在该信号所连接的槽函数中进行读取操作。首先调用hasPendingDatagrams()来判断是否还有要读取的数据，如果有的话就调用readDatagram()来读取数据，传入该方法的参数为要读取的数据大小，我们可以用pendingDatagramSize()方法获取。

readDatagram()一共返回三个值，分别是数据(字节)，主机地址(QHostAddress对象)以及端口号(整型值)。之后我们用decode()将数据解码，用QHostAddress对象的toString()方法来获取到地址字符串。最后调用append()方法将message值显示在QTextBrowser控件上；

2. 实例化一个QTextBrowser文本浏览框对象并进行布局。

 

运行截图如下：

 

好，我们现在先在命令行窗口中运行服务端代码，并点击按钮开发发送数据：

接着再打开一个命令行窗口运行客户端代码，可以发现客户端显示了来自服务端程序的数据，地址以及使用的端口(该端口是系统随机分配的)：

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服务端和客户端程序如果都运行在一台主机上进行通信的话，我们也可以把它看成是进程间通信。如果要实现局域网通信(连接到同一网络下的两台主机)，我们可以把服务端和客户端程序中的代码稍微修改下。

笔者现准备将服务端代码运行在另一台装有Windows系统的电脑上，而让客户端代码继续留在Mac电脑上运行。

首先需要获取下Mac电脑的内部IP地址，打开命令行窗口，输入ifconfig命令来查看(Linux上也是ifconfig，Windows上为ipconfig)，可以看到地址为"192.168.1.102"：

接着我们需要将服务端代码中数据发送的目标地址修改为上方地址：

self.sock.writeDatagram(datagram, QHostAddress("192.168.1.102"), 6666)

然后再将客户端代码中绑定的地址修改掉：

self.sock.bind(QHostAddress.Any, 6666)

其余代码保持不变。现在先在命令行窗口中运行服务端代码：

再运行客户端代码，发现通信成功：

 

35.2 编写TCP客户/服务端代码

在这一节中我们来编写一个聊天程序——客户端向服务端发送聊天内容，服务端将接收到的数据通过api传给青云客智能机器人处理(当然大家也可以选择用小黄鸡SimSimi或者图灵机器人)，获取到返回的数据后再发送给客户端：

服务端

客户端

 

我们先来编写客户端代码：

import sys
from PyQt5.QtCore import Qt
from PyQt5.QtNetwork import QTcpSocket, QHostAddress
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QTextBrowser, QTextEdit, QSplitter, QPushButton, \
                            QHBoxLayout, QVBoxLayout


class Client(QWidget):
    def __init__(self):
        super(Client, self).__init__()
        self.resize(500, 450)
        # 1
        self.browser = QTextBrowser(self)
        self.edit = QTextEdit(self)

        self.splitter = QSplitter(self)
        self.splitter.setOrientation(Qt.Vertical)
        self.splitter.addWidget(self.browser)
        self.splitter.addWidget(self.edit)
        self.splitter.setSizes([350, 100])

        self.send_btn = QPushButton('Send', self)
        self.close_btn = QPushButton('Close', self)

        self.h_layout = QHBoxLayout()
        self.v_layout = QVBoxLayout()

        # 2
        self.sock = QTcpSocket(self)
        self.sock.connectToHost(QHostAddress.LocalHost, 6666)
        
        self.layout_init()
        self.signal_init()

    def layout_init(self):
        self.h_layout.addStretch(1)
        self.h_layout.addWidget(self.close_btn)
        self.h_layout.addWidget(self.send_btn)
        self.v_layout.addWidget(self.splitter)
        self.v_layout.addLayout(self.h_layout)
        self.setLayout(self.v_layout)
        
    def signal_init(self):
        self.send_btn.clicked.connect(self.write_data_slot)    # 3
        self.close_btn.clicked.connect(self.close_slot)        # 4
        self.sock.connected.connect(self.connected_slot)       # 5
        self.sock.readyRead.connect(self.read_data_slot)       # 6

    def write_data_slot(self):
        message = self.edit.toPlainText()
        self.browser.append('Client: {}'.format(message))
        datagram = message.encode()
        self.sock.write(datagram)
        self.edit.clear()

    def connected_slot(self):
        message = 'Connected! Ready to chat! :)'
        self.browser.append(message)

    def read_data_slot(self):
        while self.sock.bytesAvailable():
            datagram = self.sock.read(self.sock.bytesAvailable())
            message = datagram.decode()
            self.browser.append('Server: {}'.format(message))

    def close_slot(self):
        self.sock.close()
        self.close()

    def closeEvent(self, event):
        self.sock.close()
        event.accept()


if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    demo = Client()
    demo.show()
    sys.exit(app.exec_())

1. 实例化控件并完成界面布局，布局代码放在layout_init()函数中。如果大家忘了QSplitter控件的用法，可以去看下第二十四章；

2. 实例化一个QTcpSockset对象，并调用connectToHost()方法在指定端口上连接目标主机(此时会进行三次握手操作)，如果客户端和服务端连接成功，则会发射connected()信号；

3. 在signal_init()函数中进行信号和槽连接的操作。当用户在文本编辑框QTextEdit中打完字后，点击发送按钮就可以将文本发送给服务端。在write_data_slot()槽函数中，我们首先获取文本编辑框中的文字，然后将它编码并用write()方法发送(不用再写目标地址和端口，因为之前已经用connectToHost()方法指定了)，当然发送完后我们还有把文本编辑框清空掉。

4. 当用户点击关闭按钮后，调用close()方法关闭QTcpSocket套接字，当然窗口也得关掉。

5. 之前说过，当客户端和服务端连接成功的话，就会发射connected信号，我们将该信号连接到connected_slot()槽函数上，在该槽函数中我们只是简单的往屏幕上加了一行“Connected! Ready to chat! :)”文本来提示用户可以聊天了。

6. 跟QUdpSocket一样，当准备可以读取新数据时，readyRead信号就会发射。我们通过bytesAvailable()方法判断是否有数据，如果是的话则调用read()方法获取bytesAvailable()大小的数据。接着将数据解码并显示在屏幕上。

 

运行截图如下：

 

以下是服务端代码：

import sys
import json
import requests
from PyQt5.QtNetwork import QTcpServer, QHostAddress
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QTextBrowser, QVBoxLayout


class Server(QWidget):
    def __init__(self):
        super(Server, self).__init__()
        self.resize(500, 450)

        # 1
        self.browser = QTextBrowser(self)

        self.v_layout = QVBoxLayout()
        self.v_layout.addWidget(self.browser)
        self.setLayout(self.v_layout)

        # 2
        self.server = QTcpServer(self)
        if not self.server.listen(QHostAddress.LocalHost, 6666):
            self.browser.append(self.server.errorString())
        self.server.newConnection.connect(self.new_socket_slot)

    def new_socket_slot(self):
        sock = self.server.nextPendingConnection()

        peer_address = sock.peerAddress().toString()
        peer_port = sock.peerPort()
        news = 'Connected with address {}, port {}'.format(peer_address, str(peer_port))
        self.browser.append(news)

        sock.readyRead.connect(lambda: self.read_data_slot(sock))
        sock.disconnected.connect(lambda: self.disconnected_slot(sock))
    
    # 3
    def read_data_slot(self, sock):
        while sock.bytesAvailable():
            datagram = sock.read(sock.bytesAvailable())
            message = datagram.decode()
            answer = self.get_answer(message).replace('{br}', '\n')
            new_datagram = answer.encode()
            sock.write(new_datagram)

    def get_answer(self, message):
        payload = {'key': 'free', 'appid': '0', 'msg': message}
        r = requests.get("http://api.qingyunke.com/api.php?", params=payload)
        answer = json.loads(r.text)['content']
        return answer
    
    # 4
    def disconnected_slot(self, sock):
        peer_address = sock.peerAddress().toString()
        peer_port = sock.peerPort()
        news = 'Disconnected with address {}, port {}'.format(peer_address, str(peer_port))
        self.browser.append(news)

        sock.close()


if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    demo = Server()
    demo.show()
    sys.exit(app.exec_())

1. 实例化一个QTextBrowser控件并进行布局；

2. 实例化一个QTcpServer对象，调用listen()方法对指定地址和端口进行监听。如果能够监听，则返回True，否则返回False。可以调用errorString()方法来获取监听失败的原因；

每当有来自客户端的新连接请求，QTcpServer就会发送newConnection信号。在与该信号连接的new_slot_socket()槽函数中，我们调用nextPendingConnection()方法来得到一个与客户端连接的QTcpSocket对象，并通过peerAddress()方法和peerPort()方法获取到客户端所在的主机地址和以及使用的端口；

3. 在与readyRead信号连接的read_data_slot()槽函数中，我们将来自客户端的数据解码，并作为参数传给get_answer()函数来获取青云客智能机器人的回答(关于requests库的使用方法，大家可以去看下它的文档，非常简单)。接着将answer编码后再调用write()方法发送数据给客户端；

4. 当连接关闭的话，就会发射disconnected信号。当客户端窗口关闭，那么与服务端的连接就会关闭，此时disconnected信号就会发射。在disconnected_slot槽函数中，我们在屏幕上显示失联客户端所在的主机地址和使用的端口。接着调用close()方法关闭套接字。

 

好我们现在先运行服务端代码：

接着再打开一个命令行窗口运行客户端代码，客户端界面显示“Connected! Ready to chat! :)”文本：

服务端界面显示客户端所在主机的地址和使用的端口：

通过客户端发送文本，并接收来自服务端的回答：

我们还可以再打开一个命令行窗口来运行客户端代码(可以多开，这里就不再演示了)。

关闭客户端窗口，服务端界面显示失联客户端所在主机的地址和使用的端口：

 

35.3 小结

1. 编写基于UDP协议的客户端和服务端代码，我们只需要用到QUdpSocket即可。但如果是基于TCP协议的话，我们需要QTcpSocket和QTcpServer两个类来进行编写；

2. 如果想要建立安全的SSL/TLS连接，大家可以使用QSslSocket来代替QTcpSocket；

3. 笔者在这章只是对PyQt5的相关网络模块作了一个简单的使用介绍，也并没有讲解太多理论内容。如果想要更深入了解用Python进行网络编程的相关知识，大家可以去看下这本由Brandon Rhodes和John Goerzen共同编写的《Python网络编程》

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