TCP客户端程序开发
1. 开发 TCP 客户端程序开发步骤回顾
- 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:
- AddressFamily 表示IP地址类型, 分为TPv4和IPv6
- Type 表示传输协议类型
方法说明:
- 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
- send(data) 表示发送数据，data是二进制数据
- 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__': # 创建tcp客户端套接字 # 1. AF_INET：表示ipv4 # 2. SOCK_STREAM: tcp传输协议 tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 和服务端应用程序建立连接 tcp_client_socket.connect(("192.168.131.62", 8080)) # 代码执行到此，说明连接建立成功 # 准备发送的数据 send_data = "你好服务端，我是客户端小黑!".encode("gbk") # 发送数据 tcp_client_socket.send(send_data) # 接收数据, 这次接收的数据最大字节数是1024 recv_data = tcp_client_socket.recv(1024) # 返回的直接是服务端程序发送的二进制数据 print(recv_data) # 对数据进行解码 recv_content = recv_data.decode("gbk") print("接收服务端的数据为:", recv_content) # 关闭套接字 tcp_client_socket.close()
执行结果:
b'hello' 接收服务端的数据为: hello
说明
- str.encode(编码格式) 表示把字符串编码成为二进制
- data.decode(编码格式) 表示把二进制解码成为字符串
网络调试助手充当服务端程序:
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:
- AddressFamily 表示IP地址类型, 分为TPv4和IPv6
- Type 表示传输协议类型
方法说明:
- 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。
- listen (backlog) 表示设置监听，backlog参数表示最大等待建立连接的个数。
- accept() 表示等待接受客户端的连接请求
- send(data) 表示发送数据，data 是二进制数据
- 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__': # 创建tcp服务端套接字 tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 设置端口号复用，让程序退出端口号立即释放 tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True) # 给程序绑定端口号 tcp_server_socket.bind(("", 8989)) # 设置监听 # 128:最大等待建立连接的个数， 提示： 目前是单任务的服务端，同一时刻只能服务与一个客户端，后续使用多任务能够让服务端同时服务与多个客户端， # 不需要让客户端进行等待建立连接 # listen后的这个套接字只负责接收客户端连接请求，不能收发消息，收发消息使用返回的这个新套接字来完成 tcp_server_socket.listen(128) # 等待客户端建立连接的请求, 只有客户端和服务端建立连接成功代码才会解阻塞，代码才能继续往下执行 # 1. 专门和客户端通信的套接字： service_client_socket # 2. 客户端的ip地址和端口号： ip_port service_client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept() # 代码执行到此说明连接建立成功 print("客户端的ip地址和端口号:", ip_port) # 接收客户端发送的数据, 这次接收数据的最大字节数是1024 recv_data = service_client_socket.recv(1024) # 获取数据的长度 recv_data_length = len(recv_data) print("接收数据的长度为:", recv_data_length) # 对二进制数据进行解码 recv_content = recv_data.decode("gbk") print("接收客户端的数据为:", recv_content) # 准备发送的数据 send_data = "ok, 问题正在处理中...".encode("gbk") # 发送数据给客户端 service_client_socket.send(send_data) # 关闭服务与客户端的套接字， 终止和客户端通信的服务 service_client_socket.close() # 关闭服务端的套接字, 终止和客户端提供建立连接请求的服务 tcp_server_socket.close()
执行结果:
客户端的ip地址和端口号: ('172.16.47.209', 52472) 接收数据的长度为: 5 接收客户端的数据为: hello
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: 表示当前套接字 # 参数2: 设置端口号复用选项 # 参数3: 设置端口号复用选项对应的值 tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
网络调试助手充当客户端程序:
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。
- 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 后的套接字是被动套接字，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 后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。
- 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。
案例:多任务版TCP服务端程序开发
1. 需求
目前我们开发的TCP服务端程序只能服务于一个客户端，如何开发一个多任务版的TCP服务端程序能够服务于多个客户端呢?
完成多任务，可以使用线程，比进程更加节省内存资源。
2. 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。
3. 多任务版TCP服务端程序的示例代码:
import socket import threading # 处理客户端的请求操作 def handle_client_request(service_client_socket, ip_port): # 循环接收客户端发送的数据 while True: # 接收客户端发送的数据 recv_data = service_client_socket.recv(1024) # 容器类型判断是否有数据可以直接使用if语句进行判断，如果容器类型里面有数据表示条件成立，否则条件失败 # 容器类型: 列表、字典、元组、字符串、set、range、二进制数据 if recv_data: print(recv_data.decode("gbk"), ip_port) # 回复 service_client_socket.send("ok，问题正在处理中...".encode("gbk")) else: print("客户端下线了:", ip_port) break # 终止和客户端进行通信 service_client_socket.close() if __name__ == '__main__': # 创建tcp服务端套接字 tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 设置端口号复用，让程序退出端口号立即释放 tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True) # 绑定端口号 tcp_server_socket.bind(("", 9090)) # 设置监听, listen后的套接字是被动套接字，只负责接收客户端的连接请求 tcp_server_socket.listen(128) # 循环等待接收客户端的连接请求 while True: # 等待接收客户端的连接请求 service_client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept() print("客户端连接成功:", ip_port) # 当客户端和服务端建立连接成功以后，需要创建一个子线程，不同子线程负责接收不同客户端的消息 sub_thread = threading.Thread(target=handle_client_request, args=(service_client_socket, ip_port)) # 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 # tcp_server_socket.close()
执行结果:
客户端连接成功: ('172.16.47.209', 51528) 客户端连接成功: ('172.16.47.209', 51714) hello1 ('172.16.47.209', 51528) hello2 ('172.16.47.209', 51714)
socket的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
