【python】python进阶——网络编程

目录

引言

一、 网络编程基础

1.1 什么是网络编程？

1.2 基本概念

二、 Socket编程

2.1 创建Socket

2.2 TCP Socket工作流程

2.3 UDP Socket工作流程

三、高级网络编程框架

3.1 socketserver模块

3.2 异步网络编程

四、简单的聊天应用实现

五、常见问题与解决方案

5.1 端口占用问题

5.2 处理连接中断

5.3 设置超时

附录：Python网络编程API参考

socket模块核心API

Socket对象方法

socketserver模块核心类

asyncio网络编程核心API

select模块核心API

常见常量参数

引言

        网络编程是现代软件开发中不可或缺的一部分，而Python以其简洁的语法和强大的库支持，成为了网络编程的理想选择。

一、 网络编程基础

1.1 什么是网络编程？

        网络编程是指编写能够在网络环境中运行的程序，这些程序可以跨越不同的设备进行通信和数据交换。

1.2 基本概念

• IP地址：设备的网络标识

• 端口：应用程序的通信端点（0-65535）

• 协议：通信规则（TCP、UDP、HTTP等）

• Socket：网络通信的基础接口

二、 Socket编程

Socket是网络编程的核心，提供了不同主机间进程通信的端点。

2.1 创建Socket

import socket
​
# 创建TCP socket
tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
​
# 创建UDP socket
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

参数说明：

• AF_INET：IPv4地址族

• SOCK_STREAM：TCP协议

• SOCK_DGRAM：UDP协议

2.2 TCP Socket工作流程

服务器端：

import socket
​
# 创建TCP socket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
​
# 绑定地址和端口
server_socket.bind(('localhost', 8888))
​
# 开始监听
server_socket.listen(5)
print("服务器启动，等待连接...")
​
while True:
    # 接受客户端连接
    client_socket, addr = server_socket.accept()
    print(f"接收到来自 {addr} 的连接")
    
    # 接收数据
    data = client_socket.recv(1024)
    print(f"收到数据: {data.decode()}")
    
    # 发送响应
    client_socket.send("你好，客户端！".encode())
    
    # 关闭连接
    client_socket.close()

客户端：

import socket
​
# 创建TCP socket
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
​
# 连接服务器
client_socket.connect(('localhost', 8888))
​
# 发送数据
client_socket.send("你好，服务器！".encode())
​
# 接收响应
response = client_socket.recv(1024)
print(f"服务器响应: {response.decode()}")
​
# 关闭连接
client_socket.close()

2.3 UDP Socket工作流程

服务器端：

import socket
​
# 创建UDP socket
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
​
# 绑定地址和端口
udp_socket.bind(('localhost', 9999))
​
print("UDP服务器启动，等待数据...")
​
while True:
    # 接收数据
    data, addr = udp_socket.recvfrom(1024)
    print(f"收到来自 {addr} 的数据: {data.decode()}")
    
    # 发送响应
    udp_socket.sendto("收到消息！".encode(), addr)

客户端：

import socket
​
# 创建UDP socket
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
​
# 发送数据
udp_socket.sendto("你好，UDP服务器！".encode(), ('localhost', 9999))
​
# 接收响应
response, addr = udp_socket.recvfrom(1024)
print(f"服务器响应: {response.decode()}")
​
# 关闭socket
udp_socket.close()

三、高级网络编程框架

3.1 socketserver模块

Python提供了更高级的socketserver模块，简化了网络服务器的创建。

TCP服务器示例：

import socketserver
​
class MyTCPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        # 处理请求
        self.data = self.request.recv(1024).strip()
        print(f"{self.client_address[0]} 发送: {self.data.decode()}")
        # 发送响应
        self.request.sendall(self.data.upper())
​
if __name__ == "__main__":
    HOST, PORT = "localhost", 9999
    
    # 创建TCP服务器
    with socketserver.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) as server:
        print(f"服务器启动在 {HOST}:{PORT}")
        server.serve_forever()

3.2 异步网络编程

对于高性能网络应用，Python提供了asyncio模块。

异步TCP服务器示例：

import asyncio
​
async def handle_client(reader, writer):
    data = await reader.read(100)
    message = data.decode()
    addr = writer.get_extra_info('peername')
    print(f"收到来自 {addr} 的消息: {message}")
    
    writer.write(f"已接收: {message}".encode())
    await writer.drain()
    
    writer.close()
​
async def main():
    server = await asyncio.start_server(
        handle_client, '127.0.0.1', 8888)
    
    addr = server.sockets[0].getsockname()
    print(f'服务器运行在 {addr}')
    
    async with server:
        await server.serve_forever()
​
asyncio.run(main())

四、简单的聊天应用实现

一个简单的多客户端聊天服务器示例：

import socket
import threading
​
class ChatServer:
    def __init__(self, host='localhost', port=8888):
        self.host = host
        self.port = port
        self.clients = []
        self.nicknames = []
        self.server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        self.server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    
    def broadcast(self, message):
        for client in self.clients:
            try:
                client.send(message)
            except:
                self.remove_client(client)
    
    def remove_client(self, client):
        if client in self.clients:
            index = self.clients.index(client)
            self.clients.remove(client)
            nickname = self.nicknames[index]
            self.nicknames.remove(nickname)
            self.broadcast(f"{nickname} 离开了聊天室!".encode())
    
    def handle_client(self, client):
        while True:
            try:
                message = client.recv(1024)
                self.broadcast(message)
            except:
                self.remove_client(client)
                break
    
    def receive(self):
        self.server_socket.bind((self.host, self.port))
        self.server_socket.listen()
        print(f"服务器运行在 {self.host}:{self.port}")
        
        while True:
            client, address = self.server_socket.accept()
            print(f"连接到: {str(address)}")
            
            client.send("NICK".encode())
            nickname = client.recv(1024).decode()
            
            self.nicknames.append(nickname)
            self.clients.append(client)
            
            print(f"用户昵称: {nickname}")
            self.broadcast(f"{nickname} 加入了聊天室!".encode())
            client.send("连接到服务器!".encode())
            
            thread = threading.Thread(target=self.handle_client, args=(client,))
            thread.start()
​
if __name__ == "__main__":
    server = ChatServer()
    server.receive()

五、常见问题与解决方案

5.1 端口占用问题

# 设置SO_REUSEADDR选项解决端口占用
server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

5.2 处理连接中断

try:
    data = client_socket.recv(1024)
    if not data:
        print("连接已关闭")
        break
except ConnectionResetError:
    print("客户端连接中断")

5.3 设置超时

# 设置接收超时
client_socket.settimeout(30.0)  # 30秒超时

附录：Python网络编程API参考

下面表格提供了Python网络编程中最常用API的完整参考，包括参数和返回值信息，可以帮助开发者更高效地使用Python进行网络编程。

socket模块核心API

Socket对象方法

socketserver模块核心类

asyncio网络编程核心API

select模块核心API

常见常量参数

参考

• 官方文档

• 菜鸟教程 - Python 网络编程

• 廖雪峰 Python 教程 - TCP/UDP 编程