python學習筆記 46 TCP程式設計

socket是網路程式設計的乙個抽象概念。通常我們用乙個socket表示「開啟了乙個網路鏈結」，而開啟乙個socket需要知道目標計算機的ip位址和埠號，再指定協議型別即可。

大多數連線都是可靠的tcp連線。建立tcp連線時，主動發起連線的叫客戶端，被動響應連線的叫伺服器。

所以，我們要建立乙個基於tcp連線的socket，可以這樣做：

# 匯入socket庫:
import socket
# 建立乙個socket:
s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_stream)
# 建立連線:
s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

建立socket時，af_inet指定使用ipv4協議，如果要用更先進的ipv6，就指定為af_inet6。sock_stream指定使用面向流的tcp協議，這樣，乙個socket物件就建立成功，但是還沒有建立連線。

s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

注意引數是乙個tuple，包含位址和埠號。

# 傳送資料:

tcp連線建立的是雙向通道，雙方都可以同時給對方發資料。但是誰先發誰後發，怎麼協調，要根據具體的協議來決定。例如，http協議規定客戶端必須先發請求給伺服器，伺服器收到後才發資料給客戶端。

# 接收資料:
buffer = 
while true:
# 每次最多接收1k位元組:
d = s.recv(1024)
if d:
else:
break
data = b''.join(buffer)

接收資料時，呼叫recv(max)方法，一次最多接收指定的位元組數，因此，在乙個while迴圈中反覆接收，直到recv()返回空資料，表示接收完畢，退出迴圈。

當我們接收完資料後，呼叫close()方法關閉socket，這樣，一次完整的網路通訊就結束了：

# 關閉連線:
s.close()

接收到的資料報括http頭和網頁本身，我們只需要把http頭和網頁分離一下，把http頭列印出來，網頁內容儲存到檔案：

header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)
print(header.decode('utf-8'))
# 把接收的資料寫入檔案:
with open('sina.html', 'wb') as f:
f.write(html)

和客戶端程式設計相比，伺服器程式設計就要複雜一些。

伺服器程序首先要繫結乙個埠並監聽來自其他客戶端的連線。如果某個客戶端連線過來了，伺服器就與該客戶端建立socket連線，隨後的通訊就靠這個socket連線了。

所以，伺服器會開啟固定埠（比如80）監聽，每來乙個客戶端連線，就建立該socket連線。由於伺服器會有大量來自客戶端的連線，所以，伺服器要能夠區分乙個socket連線是和哪個客戶端繫結的。乙個socket依賴4項：伺服器位址、伺服器端口、客戶端位址、客戶端埠來唯一確定乙個socket。

但是伺服器還需要同時響應多個客戶端的請求，所以，每個連線都需要乙個新的程序或者新的執行緒來處理，否則，伺服器一次就只能服務乙個客戶端了。

我們來編寫乙個簡單的伺服器程式，它接收客戶端連線，把客戶端發過來的字串加上hello再發回去。

首先，建立乙個基於ipv4和tcp協議的socket：

s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_stream)

然後，我們要繫結監聽的位址和埠。伺服器可能有多塊網絡卡，可以繫結到某一塊網絡卡的ip位址上，也可以用0.0.0.0繫結到所有的網路位址，還可以用127.0.0.1繫結到本機位址。127.0.0.1是乙個特殊的ip位址，表示本機位址，如果繫結到這個位址，客戶端必須同時在本機執行才能連線，也就是說，外部的計算機無法連線進來。

埠號需要預先指定。因為我們寫的這個服務不是標準服務，所以用9999這個埠號。請注意，小於1024的埠號必須要有管理員許可權才能繫結：

# 監聽埠:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))

緊接著，呼叫listen()方法開始監聽埠，傳入的引數指定等待連線的最大數量：

s.listen(5)
print('waiting for connection...')

接下來，伺服器程式通過乙個永久迴圈來接受來自客戶端的連線，accept()會等待並返回乙個客戶端的連線:

while true:
# 接受乙個新連線:
sock, addr = s.accept()
# 建立新執行緒來處理tcp連線:
t = threading.thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
t.start()

每個連線都必須建立新執行緒（或程序）來處理，否則，單執行緒在處理連線的過程中，無法接受其他客戶端的連線：

def tcplink(sock, addr):
print('accept new connection from %s:%s...' % addr)
sock.send(b'welcome!')
while true:
data = sock.recv(1024)
time.sleep(1)
if not data or data.decode('utf-8') == 'exit':
break
sock.send(('hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
sock.close()
print('connection from %s:%s closed.' % addr)

連線建立後，伺服器首先發一條歡迎訊息，然後等待客戶端資料，並加上hello再傳送給客戶端。如果客戶端傳送了exit字串，就直接關閉連線。

要測試這個伺服器程式，我們還需要編寫乙個客戶端程式：

s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_stream)
# 建立連線:
s.connect(('127.0.0.1', 9999))
# 接收歡迎訊息:
print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
for data in [b'michael', b'tracy', b'sarah']:
# 傳送資料:
s.send(data)
print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.send(b'exit')
s.close()

我們需要開啟兩個命令列視窗，乙個執行伺服器程式，另乙個執行客戶端程式，就可以看到效果了：

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