1、网络编程基础

1. socket之send和recv的原理剖析

1. 当创建一个Tcp Socket对象时，会有一个发送缓冲区与一个接收缓冲区，这个发送缓冲区与接收缓冲区指的是内存中的一片空间。
2. send原理：应用程序把发送的数据先写入到发送缓冲区，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：应用程序调用操作系统接口，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，应用程序再从接收缓冲区获取客户端发送的数据。

2. 端口和端口号

1. 端口号有65536个。
2. 应用程序通过ip地址找到设备，通过端口号找到对应的端口，然后通过端口把数据传输给应用程序。
3. 端口号可以标识唯一的一个端口。
4. 端口号的分类
   1. 知名端口号（众所周知的端口号，范围：0~1023）
   2. 动态端口号（开发应用程序使用的端口号，范围：1024~65535）

3. tcp

1. tcp是一个稳定、可靠的传输协议，常用于对数据进行准确无误的传输。
2. 特点：面向连接、可靠传输

4. socket

1. 作用：负责进程之间的网络数据传输。

5. tcp网络应用程序的开发流程

1. 客户端开发流程
2. 服务端开发流程

6. tcp客户端程序示例

1. 示例

   import socket
   
   if __name__ == '__main__':
       # 创建tcp客户端套接字
       # AF_INET：ipv4地址类型
       # SOCK_STREAM：tcp传输协议类型
       tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
       # 和服务端套接字建立连接
       tcp_client_socket.connect("192.168.132.128", 8080)
       # 发送数据到服务器
       send_content = "hello"
       # 对字符串进行编码成为二进制数据
       send_data = send_content.encode("utf-8")
       tcp_client_socket.send(send_data)
       # 接收服务端的数据
       # 1024表示每次接收的最大字节数
       recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)
       recv_content = recv_data.decode("utf-8")
       print("Recieved data: ", recv_content)
       # 关闭套接字
       tcp_client_socket.close()
   

7. tcp服务端程序示例

1. 示例

   import socket
   
   if __name__ == '__main__':
       # 创建tcp服务端套接字
       # AF_INET：ipv4，AF_INET6：ipv6
       tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
       # 设置端口号复用
       # SOL_SOCKET：表示当前套接字
       # SO_REUSEADDR：表示复用端口号的选项
       # True：确定复用
       tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
       # 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))
       # 设置监听
       # 128：表示最大等待建立连接的个数
       tcp_server_socket.listen(128)
       # 等待接受客户端的连接请求
       # 每次当客户端和服务端建立连接成功都会返回一个新的套接字
       new_client, ip_port = tcp_server_socket.accept()
       print("Client's ip and port: ", ip_port)
       # 接收客户端的数据
       recv_data = new_client.recv(1024)
       recv_content = recv_data.decode("utf-8")
       print("Recieved Content: ", recv_content)
       # 发送数据到客户端
       send_content = "......"
       send_data = send_content.encode("utf-8")
       new_client.send(send_data)
       # 关闭套接字
       new_client.close()
       tcp_server_socket.close()
   

8. 端口号复用

1. 当客户端和服务端建立连接后，服务端程序退出后端口后不会立即释放，需要等待大概1~2分钟。
2. 解决方法：
   1. 更换服务端端口号
   2. 设置端口号复用（推荐），让服务端程序退出后，端口号立即释放。
3. 示例
   参照【7. tcp服务端程序示例】

9. tcp网络应用程序的注意点

1. 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，服务端可以根据返回的数据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。

10. tcp服务端服务于多个客户端示例

1. 示例

   import socket
   
   if __name__ == '__main__':
       # 创建tcp服务端套接字
       # AF_INET：ipv4，AF_INET6：ipv6
       tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
       # 设置端口号复用
       # SOL_SOCKET：表示当前套接字
       # SO_REUSEADDR：表示复用端口号的选项
       # True：确定复用
       tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
       # 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))
       # 设置监听
       # 128：表示最大等待建立连接的个数
       tcp_server_socket.listen(128)
       # 循环等待接受客户端的连接请求
       while:
           # 等待接受客户端的连接请求
           # 每次当客户端和服务端建立连接成功都会返回一个新的套接字
           new_client, ip_port = tcp_server_socket.accept()
           print("Client's ip and port: ", ip_port)
           # 接收客户端的数据
           recv_data = new_client.recv(1024)
           recv_content = recv_data.decode("utf-8")
           print("Recieved Content: ", recv_content)
           # 发送数据到客户端
           send_content = "......"
           send_data = send_content.encode("utf-8")
           new_client.send(send_data)
           # 关闭套接字
           new_client.close()
       tcp_server_socket.close()
   

11. 多人版tcp服务端示例

1. 示例

   import socket
   import threading
   
   
   def handle_client_request(ip_port, new_client):
       print("Client's ip and port: ", ip_port)
   
       # 循环接收客户端信息
       while:
           # 接收客户端的数据
           recv_data = new_client.recv(1024)
           # 客户端断开连接判断
           if recv_data:
               recv_content = recv_data.decode("utf-8")
               print("Recieved Content: ", recv_content, ip_port)
               # 发送数据到客户端
               send_content = "......"
               send_data = send_content.encode("utf-8")
               new_client.send(send_data)
           else:
               break
   
       # 关闭套接字
       new_client.close()
   
   
   if __name__ == '__main__':
       # 创建tcp服务端套接字
       # AF_INET：ipv4，AF_INET6：ipv6
       tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
       # 设置端口号复用
       # SOL_SOCKET：表示当前套接字
       # SO_REUSEADDR：表示复用端口号的选项
       # True：确定复用
       tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
       # 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))
       # 设置监听
       # 128：表示最大等待建立连接的个数
       tcp_server_socket.listen(128)
       # 循环等待接受客户端的连接请求
       while:
           # 等待接受客户端的连接请求
           # 每次当客户端和服务端建立连接成功都会返回一个新的套接字
           new_client, ip_port = tcp_server_socket.accept()
           # 当客户端和服务端建立连接成功，创建子线程，让子线程专门负责接收客户端的消息
           sub_thread = threading.Thread(target=handle_client_request, args=(ip_port, new_client))
           # 设置守护主线程，主线程退出，子线程直接销毁
           sub_thread.setDaemon(True)
           # 启动子线程执行对应的任务
           sub_thread.start()
   
       tcp_server_socket.close()