3. TCP 的特点
- 面向连接
- 通信双方必须先建立好连接才能进行数据的传输，数据传输完成后，双方必须断开此连接，以释放系统资源。
- 可靠传输
- TCP 采用发送应答机制
- 发送数据，对方接收到后，对方操作系统底层会告诉发送方数据接收到了。
- 超时重传
- 发送数据后，如果对方的操作系统没有回复数据已经接收到了，会重新发送一次数据。
- 错误校验
- 接收的数据的顺序和发送的数据的顺序不一致，会自动进行调整 。
- 流量控制和阻塞管理
- 发送数据后，对方不能及时接收，对方会先将数据放在网卡缓存区(内存有上限)中，发送的数据将网卡的内存占满后就不能继续发送，除非接收方将缓存区中的数据接收完成，才能继续发送。
socket 的介绍
1. socket 的概念
socket (简称 套接字) 是进程之间通信一个工具，好比现实生活中的插座，所有的家用电器要想工作都是基于插座进行，进程之间想要进行网络通信需要基于这个 socket。
socket 效果图:
2. socket 的作用
负责进程之间的网络数据传输，好比数据的搬运工。
3. socket 使用场景
跟网络相关的应用程序或者软件都使用到了 socket 。
TCP 网络应用程序开发流程
1. TCP 网络应用程序开发流程的介绍
TCP 网络应用程序开发分为:
（1）TCP 客户端程序开发
（2）TCP 服务端程序开发
说明:
客户端程序是指运行在用户设备上的程序
服务端程序是指运行在服务器设备上的程序，专门为客户端提供数据服务。
2. TCP 客户端程序开发流程的介绍
步骤说明:
（1）创建客户端套接字对象
（2）和服务端套接字建立连接
（3）发送数据
（4）接收数据
（5）关闭客户端套接字
3. TCP 服务端程序开发流程的介绍
步骤说明:
（1）创建服务端端套接字对象
（2）绑定端口号
（3）设置监听
（4）等待接受客户端的连接请求
（5）接收数据
（6）发送数据
（7）关闭套接字
TCP客户端程序开发
1 TCP 客户端程序开发步骤
- 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
2 socket 类的介绍
导入 socket 模块
import socket
创建客户端 socket 对象
socket.socket(AddressFamily, Type)
参数说明:
（1）AddressFamily 表示IP地址类型, 分为IPv4和IPv6
（2）Type 表示传输协议类型
方法说明:
（1）connect((host, port)) 表示和服务端套接字建立连接, host是服务器ip地址，port是应用程序的端口号
（2）send(data) 表示发送数据，data是二进制数据
（3）recv(buffersize) 表示接收数据, buffersize是每次接收数据的长度
3 TCP 客户端程序开发示例代码
import socket if __name__=='__main__': # 1. 创建客户端套接字对象 # socket.AF_INET: ipv4 地址类型 # socket.SOCK_STREAM: tcp 传输协议类型 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(('127.0.0.1', 9090)) # 3. 发送数据 send_content = 'hello' # 字符串编码为二进制数据 send_data = send_content.encode('gbk') # 发送数据 tcp_client_socket.send(send_data) # 4. 接收数据 # 1024: 每次接收的最大字节数 recv_data = tcp_client_socket.recv(1024) # 对二进制数据进行解码 recv_content = recv_data.decode('gbk') print(recv_content) # 5. 关闭客户端套接字 tcp_client_socket.close()
TCP服务端程序开发
1 开发 TCP 服务端程序开发步骤回顾
- 创建服务端端套接字对象
- 绑定端口号
- 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
2 socket 类的介绍
导入 socket 模块
import socket
创建服务端 socket 对象
socket.socket(AddressFamily, Type)
参数说明:
（1）AddressFamily 表示IP地址类型, 分为TPv4和IPv6
（2）Type 表示传输协议类型
方法说明:
（1）bind((host, port)) 表示绑定端口号, host 是 ip 地址，port 是端口号，ip 地址一般不指定，表示本机的任何一个ip地址都可以。
（2）listen (backlog) 表示设置监听，backlog参数表示最大等待建立连接的个数。
（3）accept() 表示等待接受客户端的连接请求
（4）send(data) 表示发送数据，data 是二进制数据
（5）recv(buffersize) 表示接收数据, buffersize 是每次接收数据的长度
3 TCP 服务端程序开发示例代码
import socket if __name__=='__main__': # 1.创建tcp服务端套接字对象 # socket.AF_INET: ipv4 地址类型 # socket.SOCK_STREAM: tcp 传输协议类型 tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 2.绑定端口号 # 第一个参数表示ip地址，一般不用指定，表示本机的任何一个ip即可 # 第二个参数表示端口号 tcp_server_socket.bind(('', 9090)) # 3.设置监听 # 128: 表示最大等待建立连接的个数 tcp_server_socket.listen(128) # 4.等待接受客户端的连接请求 # 代码会阻塞，直到有客户端建立连接 # 建立连接后，返回一个元组类型的数据 # 元组的第一个元素为新的套接字（用于客户端与服务端的通信），第二个元素为(ip地址，端口号) # tcp_server_socket 只用于与客户端建立连接，不用于与客户端之间收发信息 new_client, ip_pork = tcp_server_socket.accept() print("客户端的ip地址和端口号：", ip_pork) # 5.接收数据 # 收发信息使用新的套接字 recv_data = new_client.recv(1024) # 二进制数据解码为字符串数据 recv_content = recv_data.decode('gbk') print(recv_content) # 6.发送数据 # 字符串数据编码为二进制数据 new_client.send('server: hello, client!'.encode('gbk')) # 7.关闭套接字 new_client.close() tcp_server_socket.close()
说明:
当客户端和服务端建立连接后，服务端程序退出后端口号不会立即释放，需要等待大概1-2分钟。
解决办法有两种:
- 更换服务端端口号
- 设置端口号复用(推荐大家使用)，也就是说让服务端程序退出后端口号立即释放。
设置端口号复用的代码如下:
# 参数1: socket.SOL_SOCKET 表示当前套接字 # 参数2: 设置端口号复用选项 socket.SO_REUSEADDR 表示复用端口号 # 参数3: True 确定复用 tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
import socket if __name__=='__main__': # 1.创建tcp服务端套接字对象 # socket.AF_INET: ipv4 地址类型 # socket.SOCK_STREAM: tcp 传输协议类型 tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 设置端口号复用 tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True) # 2.绑定端口号 # 第一个参数表示ip地址，一般不用指定，表示本机的任何一个ip即可 # 第二个参数表示端口号 tcp_server_socket.bind(('', 9090)) # 3.设置监听 # 128: 表示最大等待建立连接的个数 tcp_server_socket.listen(128) # 4.等待接受客户端的连接请求 # 代码会阻塞，直到有客户端建立连接 # 建立连接后，返回一个元组类型的数据 # 元组的第一个元素为新的套接字（用于客户端与服务端的通信），第二个元素为(ip地址，端口号) # tcp_server_socket 只用于与客户端建立连接，不用于与客户端之间收发信息 new_client, ip_pork = tcp_server_socket.accept() print("客户端的ip地址和端口号：", ip_pork) # 5.接收数据 # 收发信息使用新的套接字 recv_data = new_client.recv(1024) # 二进制数据解码为字符串数据 recv_content = recv_data.decode('gbk') print(recv_content) # 6.发送数据 # 字符串数据编码为二进制数据 new_client.send('server: hello, client!'.encode('gbk')) # 7.关闭套接字 new_client.close() tcp_server_socket.close()
TCP网络应用程序的注意点
- 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。没有绑定端口号，客户端的端口号每次都是随机生成的。
- 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 的套接字是被动套接字(监听的套接字，等待连接的套接字)，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这个客户端已经通信完毕。
- 关闭 listen 的套接字意味着服务端的套接字关闭了，会导致新的客户端不能连接服务端，但是之前已经接成功的客户端还能正常通信。因为监听的套接字关闭后，新客户端不能建立连接进行通信，而之前建立连接后生成的通信套接字未关闭，所以可以继续通信。
- 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。一方调用close，对方接收到的数据长度为0。
多任务版TCP服务端程序开发
1 具体实现步骤
- 编写一个TCP服务端程序，循环等待接受客户端的连接请求。
- 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
- 把创建的子线程设置成为守护主线程，防止主线程无法退出。
2 循环等待接受客户端的连接请求
但是目前多个客户端连接服务端，服务端只能按顺序逐个处理与客户端的信息通讯。因为目前执行任务还是单线程。
while True: service_client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()
import socket if __name__ == '__main__': # 1.创建tcp服务端套接字对象 # socket.AF_INET: ipv4 地址类型 # socket.SOCK_STREAM: tcp 传输协议类型 tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 设置端口号复用 # 参数1: socket.SOL_SOCKET 表示当前套接字 # 参数2: 设置端口号复用选项 socket.SO_REUSEADDR 表示复用端口号 # 参数3: True 确定复用 tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True) # 2.绑定端口号 # 第一个参数表示ip地址，一般不用指定，表示本机的任何一个ip即可 # 第二个参数表示端口号 tcp_server_socket.bind(('', 9090)) # 3.设置监听 # 128: 表示最大等待建立连接的个数 tcp_server_socket.listen(128) # 4.等待接受客户端的连接请求 # 代码会阻塞，直到有客户端建立连接 # 建立连接后，返回一个元组类型的数据 # 元组的第一个元素为新的套接字（用于客户端与服务端的通信），第二个元素为(ip地址，端口号) # tcp_server_socket 只用于与客户端建立连接，不用于与客户端之间收发信息 # 循环等待接收客户端的连接请求 while True: new_client, ip_pork = tcp_server_socket.accept() print("客户端的ip地址和端口号：", ip_pork) # 5.接收数据 # 收发信息使用新的套接字 recv_data = new_client.recv(1024) # 二进制数据解码为字符串数据 recv_content = recv_data.decode('gbk') print(recv_content) # 6.发送数据 # 字符串数据编码为二进制数据 new_client.send('server: hello, client!'.encode('gbk')) # 7.关闭套接字 # 关闭与客户端进行通信的套接字 new_client.close() # tcp服务端套接字可以不需要关闭，因为服务端程序需要一直运行 # 关闭与客户端建立连接的套接字 # tcp_server_socket.close()
3 当客户端和服务端建立连接成功，创建子线程处理客户端的请求
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()
import socket import threading # 处理客户端的请求操作 def handle_client_request(new_client, ip_pork): print("客户端的ip地址和端口号：", ip_pork) # 5.接收数据 # 循环接收客户端发送的信息 # 收发信息使用新的套接字 while True: recv_data = new_client.recv(1024) if recv_data: # 二进制数据解码为字符串数据 recv_content = recv_data.decode('gbk') print(recv_content) # 6.发送数据 # 字符串数据编码为二进制数据 new_client.send('server: hello, client!'.encode('gbk')) else: # 如果客户端断开链接，即服务端收到的信息的长度为0，退出循环不在接收客户端的信息 print("客户端下线了:", ip_pork) break # 7.关闭套接字 # 关闭与客户端进行通信的套接字 new_client.close() if __name__ == '__main__': # 1.创建tcp服务端套接字对象 # socket.AF_INET: ipv4 地址类型 # socket.SOCK_STREAM: tcp 传输协议类型 tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 设置端口号复用 # 参数1: socket.SOL_SOCKET 表示当前套接字 # 参数2: 设置端口号复用选项 socket.SO_REUSEADDR 表示复用端口号 # 参数3: True 确定复用 tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True) # 2.绑定端口号 # 第一个参数表示ip地址，一般不用指定，表示本机的任何一个ip即可 # 第二个参数表示端口号 tcp_server_socket.bind(('', 9090)) # 3.设置监听 # 128: 表示最大等待建立连接的个数 tcp_server_socket.listen(128) # 4.等待接受客户端的连接请求 # 代码会阻塞，直到有客户端建立连接 # 建立连接后，返回一个元组类型的数据 # 元组的第一个元素为新的套接字（用于客户端与服务端的通信），第二个元素为(ip地址，端口号) # tcp_server_socket 只用于与客户端建立连接，不用于与客户端之间收发信息 # 循环等待接收客户端的连接请求 while True: new_client, ip_pork = tcp_server_socket.accept() # 客户端与服务端连接成功后，创建子线程处理客户端的请求操作，防止阻塞主线程 print("客户端连接成功:", ip_pork) # 创建子线程，不同子线程处理不同的客户端的请求操作 sub_thread = threading.Thread(target=handle_client_request, args=(new_client, ip_pork)) # 启动子线程 sub_thread.start() # tcp服务端套接字可以不需要关闭，因为服务端程序需要一直运行 # 关闭与客户端建立连接的套接字 # tcp_server_socket.close()
4 把创建的子线程设置成为守护主线程，防止主线程无法退出
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.setDaemon(True) sub_thread.start()
import socket import threading # 处理客户端的请求操作 def handle_client_request(new_client, ip_pork): print("客户端的ip地址和端口号：", ip_pork) # 5.接收数据 # 循环接收客户端发送的信息 # 收发信息使用新的套接字 while True: recv_data = new_client.recv(1024) if recv_data: # 二进制数据解码为字符串数据 recv_content = recv_data.decode('gbk') print(recv_content) # 6.发送数据 # 字符串数据编码为二进制数据 new_client.send('server: hello, client!'.encode('gbk')) else: # 如果客户端断开链接，即服务端收到的信息的长度为0，退出循环不在接收客户端的信息 print("客户端下线了:", ip_pork) break # 7.关闭套接字 # 关闭与客户端进行通信的套接字 new_client.close() if __name__ == '__main__': # 1.创建tcp服务端套接字对象 # socket.AF_INET: ipv4 地址类型 # socket.SOCK_STREAM: tcp 传输协议类型 tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 设置端口号复用 # 参数1: socket.SOL_SOCKET 表示当前套接字 # 参数2: 设置端口号复用选项 socket.SO_REUSEADDR 表示复用端口号 # 参数3: True 确定复用 tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True) # 2.绑定端口号 # 第一个参数表示ip地址，一般不用指定，表示本机的任何一个ip即可 # 第二个参数表示端口号 tcp_server_socket.bind(('', 9090)) # 3.设置监听 # 128: 表示最大等待建立连接的个数 tcp_server_socket.listen(128) # 4.等待接受客户端的连接请求 # 代码会阻塞，直到有客户端建立连接 # 建立连接后，返回一个元组类型的数据 # 元组的第一个元素为新的套接字（用于客户端与服务端的通信），第二个元素为(ip地址，端口号) # tcp_server_socket 只用于与客户端建立连接，不用于与客户端之间收发信息 # 循环等待接收客户端的连接请求 while True: new_client, ip_pork = tcp_server_socket.accept() # 客户端与服务端连接成功后，创建子线程处理客户端的请求操作，防止阻塞主线程 print("客户端连接成功:", ip_pork) # 创建子线程，不同子线程处理不同的客户端的请求操作 sub_thread = threading.Thread(target=handle_client_request, args=(new_client, ip_pork)) # 设置守护主线程 sub_thread.setDaemon(True) # 启动子线程 sub_thread.start() # tcp服务端套接字可以不需要关闭，因为服务端程序需要一直运行 # 关闭与客户端建立连接的套接字 # tcp_server_socket.close(
socket之send和recv原理剖析
1. 认识TCP socket的发送和接收缓冲区
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。
2. send原理剖析
send是不是直接把数据发给服务端?
不是，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. recv原理剖析
recv是不是直接从客户端接收数据?
不是，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。
4. send和recv原理剖析图
说明:
发送数据是发送到发送缓冲区
接收数据是从接收缓冲区获取
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。
