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Python 网络编程指南（初学者版）

article 2024/11/14 10:54:41

Python 是一种功能强大且易于学习的编程语言，尤其适合网络编程。本文将带领初学者了解 Python 网络编程的基础知识，包括基本概念、常用模块以及简单的示例代码。

一、网络编程基础

1.1 网络协议

网络编程主要基于网络协议，其中最常用的是 TCP（传输控制协议） 和 UDP（用户数据报协议）。

TCP：面向连接、可靠传输，适用于需要保证数据完整性的应用，如网页浏览、电子邮件等。
UDP：无连接、不可靠传输，但速度快，适用于对速度要求高且可以容忍数据丢失的应用，如视频直播、在线游戏等。

1.2 客户端-服务器模型

网络通信通常采用客户端-服务器模型：

服务器（Server）：监听特定端口，等待客户端连接请求，处理请求并返回响应。
客户端（Client）：主动连接服务器，发送请求并接收响应。

二、Python 网络编程常用模块

Python 提供了多个内置模块来支持网络编程，其中最常用的是 socket 模块。

2.1 `socket` 模块

socket 模块提供了网络通信的基本功能，支持 TCP 和 UDP 协议。

2.1.1 基本用法

创建套接字：socket.socket(family, type)
- family：地址家族，常用 socket.AF_INET（IPv4）或 socket.AF_INET6（IPv6）
- type：套接字类型，socket.SOCK_STREAM（TCP）或 socket.SOCK_DGRAM（UDP）
绑定地址：bind((host, port))
- host：主机地址（域名或 IP）
- port：端口号（0-65535）
监听连接：listen([backlog])
- backlog：最大连接数
连接服务器：connect((host, port))
发送数据：send(bytes)
接收数据：recv(bufsize)
关闭套接字：close()

2.2 其他模块

http.server：用于创建简单的 HTTP 服务器。
socketserver：简化网络服务器的编写。
asyncio：支持异步网络编程。

三、示例代码

3.1 TCP 服务器和客户端

3.1.1 TCP 服务器

import socket

def tcp_server():
    # 创建 TCP 套接字
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.bind(('localhost', 8080))  # 绑定地址和端口
    server_socket.listen(5)  # 开始监听，最大连接数为 5
    print("服务器已启动，等待连接...")

    while True:
        client_socket, addr = server_socket.accept()  # 接受客户端连接
        print(f"连接来自: {addr}")
        while True:
            data = client_socket.recv(1024)  # 接收数据
            if not data:
                break
            print(f"收到数据: {data.decode()}")
            client_socket.sendall(data)  # 回传数据
        client_socket.close()
        print("连接关闭")

if __name__ == "__main__":
    tcp_server()

3.1.2 TCP 客户端

import socket

def tcp_client():
    # 创建 TCP 套接字
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    client_socket.connect(('localhost', 8080))  # 连接服务器

    while True:
        message = input("请输入要发送的消息（输入 'exit' 退出）: ")
        if message.lower() == 'exit':
            break
        client_socket.sendall(message.encode())  # 发送数据
        data = client_socket.recv(1024)  # 接收回传数据
        print(f"服务器回传: {data.decode()}")

    client_socket.close()
    print("客户端关闭")

if __name__ == "__main__":
    tcp_client()

3.2 运行示例

启动服务器：运行 TCP 服务器代码，服务器将开始监听端口 8080。
启动客户端：运行 TCP 客户端代码，客户端将连接到服务器。
发送消息：在客户端输入消息并发送，服务器将接收消息并回传相同内容。
退出：输入 exit 退出客户端连接。

四、异步网络编程

对于需要处理大量并发连接的应用，可以使用 asyncio 模块进行异步网络编程。

4.1 异步 TCP 服务器示例

import asyncio

async def handle_client(reader, writer):
    data = await reader.read(1024)
    message = data.decode()
    print(f"收到数据: {message}")
    writer.write(data)  # 回传数据
    await writer.drain()
    writer.close()

async def tcp_server():
    server = await asyncio.start_server(handle_client, 'localhost', 8080)
    addrs = ', '.join(str(sock.getsockname()) for sock in server.sockets)
    print(f"服务器已启动，监听地址: {addrs}")
    async with server:
        await server.serve_forever()

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(tcp_server())