Python线程项目：UDP客户端即时通讯系统

在解决本篇博客提出的任务之前，我们需要先了解几个问题。

何为线程？使用线程能够解决什么问题？线程在python编程语言当中的体现形式是什么？

udp协议通信机制的特点是什么？在python编程语言中如何运用这种协议呢？

如何使用多线程技术实现无限次数发送和接受客户端两方信息呢？

那么，我们依次解决以上问题，然后再进一步分析解决本篇主体：UDP客户端聊天系统

何为线程？使用线程能够解决什么问题？线程在python编程语言当中的体现形式是什么？

任何应用程序在启动时，都会在内存分配一段自己的空间来运行自己的代码，比如这是一片内存，在内存中启动程序，qq，cmd，eclipse，这些每个程序在内存中都分配了自己的空间，而且每个空间都有自己的代码块可以运行，进程代表的时这个应用程序在内存中开辟的空间，代表着正在执行的程序，进程可以简单的理解成就是这片空间，而这片空间当中会有很多的代码，而代码会按照顺序执行，那们需要注意的是，负责进行当中代码执行的内容就叫做线程，线程就意味着是进程负责代码执行的控制单元，其实是有线程在控制着程序的执行，像一条线一样，从头到尾，你也可以把它称之为一条执行情景，或者叫执行路径，所以每一个进程当中都有很多的线程。

线程就是进程当中的执行单元或者执行情景或执行路径，负责进程中程序执行的控制单元。一个进程中至少有一个线程，当一个进程中，线程有多个时，就是多线程，我们可以把这个应用程序称之为多线程应用程序。

多线程解决的问题：可以让多部分代码同时执行。比如说我们在打开电脑时，在qq执行的时候，是不也可以看电影，然后还可以同时玩游戏，这些就是同时执行的，这些就是多线程，而且电影和游戏中都不止是一个线程，但是有同时运行的特点，那么在一个程序中会不会多线程同时执行呢，当然会比如说我们的杀毒软件，电脑清理和电脑杀毒可以同时运行，这就是多线程的操作。

线程的特点：
线程可以被抢占（中断）。
在其他线程正在运行时，线程可以暂时搁置（也称为睡眠） -- 这就是线程的退让。

线程可以分为:
内核线程：由操作系统内核创建和撤销。
用户线程：不需要内核支持而在用户程序中实现的线程。

Python3 线程中常用的两个模块为：
_thread
threading(推荐使用)
Python 2中的thread 模块已被废弃。用户可以使用 threading 模块代替。所以，在 Python3 中不能再使用"thread" 模块。为了兼容性，Python3 将 thread 重命名为 "_thread"。

udp协议通信机制的特点是什么？在python编程语言中如何运用这种协议呢？

（1）UDP无需建立连接。因此UDP不会引入建立连接的时延。试想如果DNS运行在TCP之上而不是UDP，则DNS的速度会满很多。HTTP使用TCP而不是UDP，是因为基于文本数据的Web网页来说，可靠性是至关重要的。

（2）无连接状态。TCP需要在端系统中维护连接状态。此连接状态包括接受和发送缓存、拥塞控制参数和确认号和序号的参数。而UDP不维护连接状态，也不跟踪这些参数，因此某些专用应用服务器使用UDP时，一般都能支持更多的活动客户机。

（3）分组首部开销更小。TCP有20字节的的首部开销，而UDP只有8个字节的首部开销。

（4）应用层能够更地控制要发送的数据和发送时间。UDP没有拥塞控制，因此网络中的拥塞也不会影响主机的发送效率。某些实时应用（如直播）要求以稳定的速度发送，能容忍一些数据的丢失，但不允许有较大的时延，而UDP正好可以满足这些应用的需求。

（5）UDP常用于一次性传输比较小数据的网络应用，如DNS、SNMP等，因为对于这些应用，若采用TCP，则将为创建连接、维护和拆除而带来不小的开销。UDP也常用于多媒体应用（如IP电话、实时视频会议、流媒体等），显然，可靠数据传输对于这些应用来说并不是最重要的，但TCP的拥塞控制会导致数据出现较大的延迟，这是它们不可容忍的。

（6）UDP提供尽最大努力的交付，即不保证可靠交付，但并不意味着应用对数据的要求是不可靠的，因此需要维护传输可靠性的工作需要用户在应用层来完成。应用实体可以根据应用需求来灵活设计自己的可靠性机制。

（7）UDP是面向报文的的。发送方UDP对应用层交下来的报文，在添加首部后就交付给IP层，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界；接受方UDP对IP层交上来的用户数据报，在去除首部后就原封不动的交付给上层的应用进程，一次交付一个完整的报文，因此报文不可分割，是UDP数据处理的最小单位。

在python中使用udp协议发送信息，首先导入socket模块内容

获取udp客户端对象：client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

绑定当前的ip地址与客户端的端口号：client.bind(('ip地址',发送端端口号))

接受或者发送信息 client.sendto('发送内容',('接受端ip地址',接收端端口号)) data,addr = client.recvfrom(1024)

如何使用多线程技术实现无限次数发送和接受客户端两方信息呢？

基于上面udp通信在python当中的体现，完成代码如下：

import socket
client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
client.bind(('127.0.0.1',8765))
while True:
    #接受键盘的输入
    content = input()
    #发送给另外一个客户端
    client.sendto(content.encode('utf-8'),('127.0.0.1',4567))
    #接受
    recvdata,addr = client.recvfrom(1024)
    print(addr,'==',recvdata.decode('utf-8'))

print('------------------------------------------------')
#接受端的代码
client2 = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
client2.bind(('127.0.0.1',4567))
while True:
    data,addr = client2.recvfrom(1024)
    print(addr,'--',data.decode('utf-8'))
    con = input()
    client2.sendto(con.encode('utf-8'),('127.0.0.1',8765))

观察以上代码发现：只是包含了python语言在udp协议当中发送和接受数据的过程，但是有问题。我们发现client1 必须每一次发送出去，才能接受，client2必须接受到之后，才能发送。这说明这两个功能的执行不是并行关系，是依赖关系。那么我们对于以上的内容做一个升级，不希望接受是依赖于发送的，两个功能在客户端之后可以并行发生。所以我们就需要使用多条路径来完成。就可以使用多线程技术。因为发送是一条路径，接受是一条路径，所以需要写两个线程。

好的，了解了线程和UDP通信基础，我们将两者结合，完成使用多线程技术实现UDP无限聊天系统的功能。

实现代码如下：首先将发送和接收功能所在的线程编写出来。

import threading,sys
'''
分析：线程当中哪些变量是需要传递的，哪些变量可以在线程当中之间创建？
发现client=socket.socket() 这个对象除了用于当前功能，还用于接收功能，所以不要创建，
要传递，通过构造方法传递
'''
class SendThread(threading.Thread):
    def __init__(self, name, socket_client,ip,port):
        threading.Thread.__init__(self, name=name)
        self.socket = socket_client
        self.ip = ip
        self.port = port
    # 描述线程任务功能的方法
    def run(self):
        while True:
            # 接受键盘的输入
            content = input()
            # 发送给另外一个客户端
            self.socket.sendto(content.encode('utf-8'), (self.ip, self.port))
            if content.lower()=='bye':
                sys.exit(0)     #结束当前线程

import threading,sys
class ReceiverThread(threading.Thread):
    def __init__(self,name,socket):
        threading.Thread.__init__(self,name=name)
        self.socket = socket
    def run(self):
            while True:
                recvdata,fromaddr = self.socket.recvfrom(1024)
                print(fromaddr,'说：',recvdata.decode('utf-8'))

让这两个线程同时在客户端中开启，就可以实现客户端交互通信的效果。本篇博客这里提供两个客户端代码，大家可以通过修改IP地址移植代码，在不同的计算机当中，控制台输入信息，也可实现即时通讯的效果。

import socket
from send_thread_udp import SendThread
from receive_thread_udp import ReceiverThread
if __name__=='__main__':
    client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
    client.bind(('127.0.0.1',9000))
    st = SendThread('小明发',client,'127.0.0.1',8700)
    rt = ReceiverThread('小明接',client)

    #启动线程
    st.start()
    rt.setDaemon(True)   #设置守护线程   后台线程
    rt.start()

第二个客户端代码相似，只需要改变发送和接受对应的端口号。

import socket
from send_thread_udp import SendThread
from receive_thread_udp import ReceiverThread
if __name__=='__main__':
    client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
    client.bind(('127.0.0.1',8700))
    st = SendThread('小鸿发',client,'127.0.0.1',9000)
    rt = ReceiverThread('小鸿接',client)

    #启动线程
    st.start()
    rt.setDaemon(True)
    rt.start()

以上就是使用多线程技术，符合UDP网络协议的即时通讯功能。运行一下，就能得到以下结果：

效果图

运行最后的异常原因是另一客户端被我们关闭了，发送信息无法传达，故提示异常，并不造成影响。感谢您的阅读！

Python线程项目：UDP客户端即时通讯系统

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