Python之TCP网络编程(Socket)

1. 开发流程

TCP 网络应用程序开发流程的介绍
Python之TCP网络编程(Socket)_第1张图片
1.1 客户端开发流程说明:

  1. 创建socket
  2. 和服务端建立连接
  3. 发送数据
  4. 接收数据
  5. 结束通信,关闭套接字

1.2 服务端开发流程说明:

  1. 创建socket
  2. 绑定端口号(可设置端口可重用)
  3. 设置监听
  4. 等待客户端连接,收到连接后,返回一个为本次服务的socket和其地址元组
  5. 结束数据
  6. 返回数据
  7. 关闭本次连接的socket,结束通信
  8. 关闭服务(不是长链接的话,一般情况下服务是不回关的)

2. 开发步骤

2.1 客户端开发步骤

# 1.导包
import socket

# 2.创建socket
"""
    family: 表示IP地址类型, 分为TPv4和IPv6。AF_INET表示ipv4
    type:表示传输协议。SOCK_STREAM表示TCP协议
    
    具体这些参数还有哪些可选择的值,请参考:https://docs.python.org/zh-cn/3/library/socket.html
"""
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 3. 和服务端建立连接 the address is a pair (host, port).
client.connect(("localhost",8080))

# 4. 发送数据 bytes类型
client.send("Hello Server".encode("utf8"))

# 5. 接收数据  eceive up to buffersize bytes from the socket
recv_data = client.recv(1024)
print("recv:", recv_data.decode("utf8"))

# 6. 结束连接
client.close()

2.2 服务端开发步骤

# 1. 导包
import socket

# 2. 建立连接
server = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
# 3. 绑定ip和端口 address
server.bind(("localhost",8080))
# 3.1 设置端口可重用,不然服务器关闭后几分钟之后才会关闭绑定的端口
"""
    参数说明:
        level:操作socket的级别,若要在API级别操作,选择SOL_SOCKET
        option:操作项,这里是SO_REUSEADDR 标志告诉内核将处于 TIME_WAIT 状态的本地套接字重新使用,而不必等到固有的超时到期
        value:用于访问setsockopt()的选项值,文档里面是默认给1或者True
"""
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# 4. 设置监听,128为最大连接数
server.listen(128)
while True:
    # 5. 等待客户端连接,收到连接后会返回一个专门服务与本次连接的socket和一个地址元组address
    client_socket,address = server.accept()
    # 6. 接收数据
    recv_data = client_socket.recv(1024)
    print(len(recv_data))  # 一般也通过这种判断长度是否等于0的方式判断服务端是否收到客户端的数据
    print("recv:",recv_data.decode("utf8"))
    # 7. 响应数据
    client_socket.send(f"已收到您({address})的请求,本次连接将关闭".encode("utf8"))
    # 8. 关闭本次连接
    client_socket.close()

# 9.如果需要关闭服务器的话
# server.close()

3. 原理

3.1 缓冲区

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。

3.2 send的原理

要想发数据,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 。

3.3 recv的原理

要想收数据,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。

Python之TCP网络编程(Socket)_第2张图片

4. 自定义简单的静态服务器

4.1 代码如下

import socket
import threading

import sys

"""
使用socket自定义HttpServer
"""
class HttpServer:

    def __init__(self,port, **kwargs):
        self._server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        self._server.bind(("localhost", port))
        self._server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        self._server.listen(128)
        print(f"服务启动,访问地址为: localhost:{port}")


    @staticmethod
    def handle_request(client_socket, address):
        recv_data = client_socket.recv(1024)
        if len(recv_data) == 0:
            print(f'{address}即将关闭!')
            client_socket.close()
            return

        r_data = recv_data.decode("utf8")
        # 解析数据
        headers = r_data.split(" ", maxsplit=2)  # 截取最前面的一行(消息头) GET /ac HTTP/1.1
        url = headers[1]
        # 根据url返回信息
        if "/go" == url:
            send_data = ""
            # 读取页面
            with open('welcome.html','rb') as f:
                send_temp_data = f.read().decode("utf8")
            # 渲染模板
            send_data = send_temp_data.replace("{{content}}", address[0])

        else:
            send_data = ""
            # 读取页面
            with open('other.html','rb') as f:
                send_data = f.read().decode("utf8")
        # 响应数据
        # 拼接响应头
        resp_line = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
        resp_head = "Server: PWS1.0\r\n"
        client_socket.send((resp_line+ resp_head + "\r\n").encode("utf8") +send_data.encode("utf8"))
        client_socket.close()


    def start(self):
        while True:
            client_socket,address = self._server.accept()
            t = threading.Thread(group=None, target=self.handle_request, args=(client_socket, address))
            t.setDaemon(True)
            t.start()

    def stop(self):
        self._server.close()


def main():
    # 验证参数
    # 若使用 python xxx.py 8080 命令,那么argv[0] = xxx.py, argv[1] = 8080
    # print(sys.argv)
    args = sys.argv
    if len(args) != 2:
        print("参数有误,需要格式为 python HttpServer.py 8080")
        return

    # 判断字符串是否都是数字组成
    if not sys.argv[1].isdigit():
        print("执行命令如下: python HttpServer.py 8080")
        return
    # 获取端口号
    port = int(sys.argv[1])
    try:
        server = HttpServer(port=port)
        server.start()
    except KeyboardInterrupt:
        server.stop()


if __name__ == '__main__':
    main()

4.2 数据文件

welcome.html 和 other.html 文件都在HttpServer.py 同级目录


DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Welcometitle>
head>
<body>
    <h1>Welcome your visit!h1>
    <h1>{{content}}h1>
body>
html>
DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>ERRORtitle>
head>
<body>
    <h1>找不到页面h1>
body>
html>

4.3 访问方式

  1. 和通过手动创建HttpServerd对象,通过 对象.start() 使用
  2. 通过命令行启动服务,命令格式如下:
python HttpServer.py 8080

接下来就可以通过浏览器访问 localhost:8080/go,就能看到效果了

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