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（一）TCP 网络应用程序开发流程

🎯学习目标

• 能够知道TCP客户端程序的开发流程

---

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:

• TCP 客户端程序开发
• 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

4. 小结

1. TCP 网络应用程序开发分为客户端程序开发和服务端程序开发。
2. 主动发起建立连接请求的是客户端程序
3. 等待接受连接请求的是服务端程序

（二）socket之send和recv原理剖析

🎯学习目标

• 能够知道send和recv的底层工作原理

---

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

5. 小结

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。

（三）TCP服务端程序开发

🎯学习目标

• 能够写出TCP服务端应用程序接收和发送消息

---

1. 开发 TCP 服务端程序开发步骤回顾

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

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("utf-8")
    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("utf-8")
    # 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: ('********', 58854)
接收数据的长度为: 40
接收客户端的数据为: 你好服务端，我是客户端

🎯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:

1. 更换服务端端口号
2. 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)

4. 小结

1. 导入socket模块
2. 创建TCP套接字‘socket’
   • 参数1: ‘AF_INET’, 表示IPv4地址类型
   • 参数2: ‘SOCK_STREAM’, 表示TCP传输协议类型
3. 绑定端口号‘bind’
   • 参数: 元组, 比如:(ip地址, 端口号)
4. 设置监听‘listen’
   • 参数: 最大等待建立连接的个数
5. 等待接受客户端的连接请求‘accept’
6. 发送数据‘send’
   • 参数: 要发送的二进制数据， 注意: 字符串需要使用encode()方法进行编码
7. 接收数据‘recv’
   • 参数: 表示每次接收数据的大小，单位是字节，注意: 解码成字符串使用decode()方法
8. 关闭套接字‘socket’表示通信完成

（四）TCP 客户端程序开发

🎯学习目标

• 能够写出 TCP 客户端应用程序发送和接收消息

---

1. 开发 TCP 客户端程序开发步骤回顾

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

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(("*******", 8989))
    # 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，我是客户端小明!".encode("utf-8")
    # 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("utf-8")
    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

1. str.encode(编码格式) 表示把字符串编码成为二进制
2. data.decode(编码格式) 表示把二进制解码成为字符串

多个客户端与服务器进行链接，需要将链接放入循环中

服务端

import socket
import threading

def data_recv():
    # 准备发送的数据
    while True:
        send_data = input('发送信息:').encode("utf-8")
        # 发送数据
        service_client_socket.send(send_data)

def data_send():
    while True:
        # 接收数据, 这次接收的数据最大字节数是1024
        recv_data = service_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("utf-8")
        print("接收服务端的数据为:", recv_content)

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(("0.0.0.0", 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(1)
    # 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
    while True:
        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)

        t1 = threading.Thread(target=data_recv)
        t1.start()

        t2 = threading.Thread(target=data_send)
        t2.start()


    # 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()

其他客户端

import socket
import threading

def data_recv():
    # 准备发送的数据
    while True:
        send_data = input('发送信息:').encode("utf-8")
        # 发送数据
        tcp_client_socket.send(send_data)

def data_send():
    while True:
        # 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("utf-8")
        print("接收服务端的数据为:", recv_content)

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(("*******", 8000))
    # 代码执行到此，说明连接建立成功

    t1 = threading.Thread(target=data_recv)
    t1.start()

    t2 = threading.Thread(target=data_send)
    t2.start()
    t1.join()
    t2.join()
    # 关闭套接字
    tcp_client_socket.close()

4. 小结

1. 导入socket模块
2. 创建TCP套接字‘socket’
   • 参数1: ‘AF_INET’, 表示IPv4地址类型
   • 参数2: ‘SOCK_STREAM’, 表示TCP传输协议类型
3. 发送数据‘send’
   • 参数1: 要发送的二进制数据， 注意: 字符串需要使用encode()方法进行编码
4. 接收数据‘recv’
   • 参数1: 表示每次接收数据的大小，单位是字节
5. 关闭套接字‘socket’表示通信完成

（五）TCP网络应用程序的注意点

学习目标

• 能够说出开发TCP网络应用程序的注意点

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1. TCP网络应用程序的注意点介绍

1. 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
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 关闭 accept 返回的套接字意味着和这个客户端已经通信完毕。
7. 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。
8. 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。