python进阶篇-day05-网络编程(TCP)与进程

开出南方的花2024-09-05 14:40

day05网络编程

一. 网编三要素

ip

概述

设备(电脑, 手机, IPad, 耳机...)在网络中的唯一标识.

分类

按照 代数 划分:

IPv4: 4字节, 十进制来表示, 例如: 192.168.13.157 IPv6: 8字节, 十六进制来表示, 理论上来讲, 可以让地球上的每一粒沙子都有自己的IP.

Ipv4 常用类别划分:

​ 城域网: 第1段是网络地址 + 后3段是主机地址, 例如: 10.0.0.0 广域网: 前2段是网络地址 + 后2段是主机地址, 例如: 10.21.0.0 局域网: 前3段是网络地址 + 后1段是主机地址, 例如: 192.168.13.*

IP相关命令

查看本机的IP: ipconfig 适用于 windows系统 ifconfig 适用于 linux系统, Mac系统测试网络连接是否通畅: ping 主机地址 或者 域名

端口号

端口:

传输数据的通道, 每个程序都有

端口号:

应用程序在设备中的唯一标识

范围:

所有范围: 0 ~ 65535, 但是0 ~ 1023已经被占用(或预留端口),

​ 自己用1024 ~ 65535

协议

UDP: 类似于群聊

  1. 面向无连接

  2. 采用数据包的形式传输数据, 有大小限制(每个包不超过64KB)

  3. 不安全(不可靠)协议

  4. 效率相对较低

  5. 不区分客户端和服务端, 叫: 发送端和接收端

TCP: 类似于打电话

  1. 面向有连接的

  2. 采用 流的方式传输数据, 理论上无大小限制

  3. 安全(可靠)协议

  4. 效率相对较低

  5. 区分客户端和服务器端

查看端口号和协议

复制代码 
netstat -ano

面试题

三次握手

自己:

  1. 客户端请求建立连接

  2. 服务器处理(校验客户端数据是否合法)并发送是否可以建立连接

  3. 服务器允许建立连接 后, 客户端重新请求建立连接通道

讲义:

  1. 客户端向服务端发送请求，等待服务端确认。

  2. 服务端收到请求后知道客户端请求建立连接，回复给客户端以确认连接请求。

  3. 客户端收到确认后，再次发送请求确认服务端，服务端收到正确请求后，如果正确则连接建立成功，完成三次握手，随后客户端与服务端之间可以开始传输数据了。

四次挥手

讲义:

  1. 当主机A（可以是客户端也可以是服务端）完成数据传输后, 提出停止TCP连接的请求

  2. 第二次挥手： 主机B收到请求后对其作出响应，确认这一方向上的TCP连接将关闭

  3. 第三次挥手： 主机B 端再提出反方向的连接关闭请求

  4. 第四次挥手： 主机A对主机B 的请求进行确认，双方向的关闭结束

图解

二. socket套接字

进程之间通信工具

原理

网络通信也叫套接字通信, Socket通信, 即: 通信双方都有自己的Socket对象, 数据在两个Socket之间通过 数据报包 或者 流(字节流) 的方式传输数据

步骤

图解

客户端

步骤

  1. 创建客户端Socket对象.

  2. 连接(服务器端的)ip和端口号, 元组形式.

  3. 发送数据给服务器端.

  4. 接受服务器端发送的数据. 回执信息.

  5. 释放资源.

代码

127.0.0.1 本地回路(回环)地址, 即: 在哪台计算机上运行, 就代表哪台电脑. 简单理解: 代表本机.

复制代码 
import socket
​
# 在main中测试.
if __name__ == '__main__':
    # 1. 创建客户端Socket对象, 指定: 地址族, 传输类型.
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 2. 连接(服务器端)地址和端口.
    # client_socket.connect(("127.0.0.1", 2121))
    client_socket.connect(("192.168.13.157", 2121))
    # 3. 接受服务器端发送的数据并打印.
    # 分解版
    # recv_data_bys = client_socket.recv(1024)
    # recv_data = recv_data_bys.decode("utf-8")
    # 合并版
    recv_data = client_socket.recv(1024).decode("utf-8")
    print(f'客户端收到: {recv_data}')
    # 4. 给服务器端发送数据(回执信息).
    client_socket.send('有内鬼, 终止交易! Over'.encode("utf-8"))
    # 5. 关闭Socket对象.
    client_socket.close()

服务器端

步骤

  1. 创建服务器端Socket对象.

  2. 绑定(服务器端的)ip和端口号, 元组形式.

  3. 设置监听数量.

  4. 等待客户端申请建立连接, 如果有客户端申请建立连接, 校验数据合法后, 会返回1个: (负责和该客户端交互的socket对象, 客户端的信息) 元组

  5. 给客户端发送数据. 字节形式.

  6. 接收客户端发送的数据. 字节形式.

  7. 释放资源.

代码
复制代码 
# 导包.
import socket
​
# 在main中编写.
if __name__ == '__main__':
    # 1. 创建服务器端Socket对象, 指定: 地址族, 传输类型.
    # 参1: IPV4,  参2: 字节流
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 2. 绑定地址和端口.
    # server_socket.bind(("127.0.0.1", 2121))
    server_socket.bind(("192.168.13.157", 2121))
    # 3. 设置监听数量.    范围: 1 ~ 128
    server_socket.listen(5)
    # 4. 等待客户端连接, 如有连接, 则返回: (和客户端交互的Socket对象, 客户端地址)
    print('等待客户端连接中.....')
    # print('Server 1')
    accept_socket, client_info = server_socket.accept()
    # print('Server 2')
    # 5. 给客户端发送数据.
    # accept_socket.send('Welcome to study socket!'.encode('utf-8'))
    accept_socket.send(b'Welcome to study socket!')
​
    # 6. 接受客户端发送的数据并打印.
    recv_data_bys = accept_socket.recv(1024)        # receive: 接收,  一次读取1024个字节
    # 把字节转成字符串, 并打印.
    recv_data = recv_data_bys.decode('utf-8')
    print(f'服务器端收到 {client_info} 发送的信息: {recv_data}')
​
    # 7. 关闭Socket对象.
    accept_socket.close()       # 一般只关闭 和客户端交互的socket对象.
    # server_socket.close()     # 服务器端socket对象一般不关闭.

编解码

概述

编解码指的是 字符串 和 二进制数据之间相互转换.编码: 字符串(我们能看懂的) ==> 二进制(计算机能看懂)解码: 二进制(计算机能看懂) ==> 字符串(我们能看懂的)

细节

  1. 码表 = 字符 + 数字, 即: 码表存储的就是该字符对应的数字.例如(假设): 存数据流程: 中 => 按照码表, 转成123456(十进制) => 0101 1011(二进制, 源码) => 二进制反码 => 二进制补码 => 存储到计算机中. 读数据流程: 读取二进制数据(补码) => 二进制反码 => 二进制源码 => 转成十进制(例如: 123456) => 根据码表, 找到字符 '中'

  2. 在GBK码表(针对于国内)中, 1个中文占2个字节, 在UTF-8码表(万国码, 统一码)中, 中文占3个字节.

  3. 英文字母, 数字, 特殊符号无论在什么码表中, 都只占1个字节.

  4. 如果遇到乱码情况了, 原因只有1个: 编解码不一致.

  5. 针对于二进制数据, 语法糖写法为: b'内容', 但是该形式只针对于 英文字母, 数字, 特殊符号 有效, 针对于中文无效.

代码
复制代码 
# 需求1: 演示编码.
s1 = '黑马aB1!'
bys1 = s1.encode()          # bytes: 字节数组, 默认码表: utf-8
bys2 = s1.encode('gbk')
bys3 = s1.encode('utf-8')
print(f'bys1: {bys1}')  # b'\xe9\xbb\x91\xe9\xa9\xac aB1!'
print(f'bys2: {bys2}')  # b'\xba\xda\xc2\xed aB1!'
print(f'bys3: {bys3}')  # b'\xe9\xbb\x91\xe9\xa9\xac aB1!'
print("-" * 21)
​
# 需求2: 解码
bys4 = b'\xe9\xbb\x91\xe9\xa9\xacaB1!'
s2 = bys4.decode(encoding='utf-8')
s3 = bys4.decode(encoding='gbk')
print(f's2: {s2}')  # 黑马aB1!
print(f's3: {s3}')  # 榛戦┈aB1!
print("-" * 21)
​
# 需求3: 二进制的特殊写法.
bys5 = b'aB1!'
print(type(bys5))   # <class 'bytes'>

端口复用

解释

当服务器端关闭的时候, 端口号释放可能需要1 ~ 2分钟的时间, 如果此时再次开启服务器端, 可能会报: 端口号占用的错误. 解决方案如下: 1. 重新手动更换1个端口号. 2. 设置端口号重用(复用).

复制代码 
server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
代码
复制代码 
# 导包.
import socket
​
# 在main中编写.
if __name__ == '__main__':
    # 1. 创建服务器端Socket对象, 指定: 地址族, 传输类型.
    # 参1: IPV4,  参2: 字节流
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 2. 绑定地址和端口.
    # server_socket.bind(("127.0.0.1", 2121))
    server_socket.bind(("192.168.13.157", 2121))
    # 3. 设置监听数量.    范围: 1 ~ 128
    server_socket.listen(5)
    # 4. 等待客户端连接, 如有连接, 则返回: (和客户端交互的Socket对象, 客户端地址)
    print('等待客户端连接中.....')
    # print('Server 1')
    accept_socket, client_info = server_socket.accept()
    # print('Server 2')
    # 5. 给客户端发送数据.
    # accept_socket.send('Welcome to study socket!'.encode('utf-8'))
    accept_socket.send(b'Welcome to study socket!')
​
    # 6. 接受客户端发送的数据并打印.
    recv_data_bys = accept_socket.recv(1024)        # receive: 接收,  一次读取1024个字节
    # 把字节转成字符串, 并打印.
    recv_data = recv_data_bys.decode('utf-8')
    print(f'服务器端收到 {client_info} 发送的信息: {recv_data}')
​
    # 7. 关闭Socket对象.
    accept_socket.close()       # 一般只关闭 和客户端交互的socket对象.
    # server_socket.close()     # 服务器端socket对象一般不关闭.
​
    # 8. 设置端口号复用.
    # 参1: 当前的套接字对象.
    # 参2: 参数名, 即: 设置端口号复用.
    # 参3: 参数的值, True: 启用
    server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
​

多客户端

代码
复制代码 
import socket
​
​
def tcp_server():
    # 创建套接字对象
    tss = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 绑定IP与端口号
    tss.bind(('', 2121))
    # 监听客户端连接
    tss.listen(128)
    while True:
        try:
            # 接收客户端信息
            new_s, ip_port = tss.accept()
            # 发送数据给客户端
            new_s.send('back_data'.encode(encoding='utf-8'))
            # 接收客户端信息
            res = new_s.recv(1024)
            res_data = res.decode('utf-8')
            print(f'{ip_port}: {res_data}')
            new_s.close()
            tss.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
        except:
            print('断开连接')
​
​
# 释放资源
tcp_server()
​

长连接

客户端

复制代码 
import socket
​
​
if __name__ == '__main__':
    # 套接字对象
    cli_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 连接服务器端口号
    cli_socket.connect(('127.0.0.1', 6666))
    # 发送信息到服务端
    while True:
        data = input('客户端输入信息:')
        cli_socket.send(data.encode('utf-8'))
        if data == '886':
            break
    cli_socket.close()

服务端

复制代码 
import socket
​
​
if __name__ == '__main__':
    # 套接字对象
    ser_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 绑定端口号
    ser_socket.bind(('127.0.0.1', 6666))
    # 设置监听
    ser_socket.listen(128)
    # 启动监听
    accept_socket, client_info = ser_socket.accept()
    # 发送信息到服务端
    while True:
        recv_data = accept_socket.recv(1024).decode('utf-8')
        print(f'服务端收到信息: {recv_data}')
        if recv_data == '886':
            break
    accept_socket.close()

文件

客户端

复制代码 
import socket
​
​
if __name__ == '__main__':
    # 实例化套接字对象
    cli_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 连接到服务端
    cli_socket.connect(('127.0.0.1', 8848))
    # 读取数据源数据, 并发送到服务端
    with open('data/data.txt', 'rb') as src_f:
        # cli_socket.send('hang.txt'.encode('utf-8'))
        # 分批读取
        while True:
            # 读取数据
            data = src_f.read(1024)
            # 发送到服务器
            cli_socket.send(data)
            # 读取到空结束
            if len(data) <= 0:
                break
    cli_socket.close()

服务端

复制代码 
import socket
​
if __name__ == '__main__':
    # 实例化套接字对象
    ser_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 连接到服务端
    ser_socket.bind(('127.0.0.1', 8848))
    # 设置监听
    ser_socket.listen(1)
    # 启动监听, 等待客户端连接
    accept_socket, client_info = ser_socket.accept()
    # 接收客户端数据
    # 关联目的地文件, 用于把客户端的数据写到文件中
    with open('./data/file.txt', 'wb') as dest_f:
        while True:
            # 接收客户端数据
            res = accept_socket.recv(1024)
            if len(res) <= 0:
                break
            else:
                dest_f.write(res)
    accept_socket.close()

多客户端

服务端

复制代码 
import socket
​
​
if __name__ == '__main__':
    # 实例化套接字对象
    ser_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 连接到服务端(IP可以不写)
    ser_socket.bind(('', 8888))
    # 设置监听
    ser_socket.listen(10)
    # 启动监听, 等待客户端连接
    try:
        cnt = 0
        while True:
            cnt += 1
            filename = './data/文件_'.join(str(cnt) + 'txt')
            accept_socket, client_info = ser_socket.accept()
            # 接收客户端数据
            # 关联目的地文件, 用于把客户端的数据写到文件中
            with open(filename, 'wb') as dest_f:
                while True:
                    res = accept_socket.recv(1024)
                    if len(res) <= 0:
                        break
                    dest_f.write(res)
                accept_socket.send('文件上传成功'.encode('utf-8'))
            print(f'服务器端收到客户端:{client_info}的文件, 接收成功')
            accept_socket.close()
    except:
        pass

三. 进程

每个软件都可以看作是一个进程(数据隔离)

软件内的多个任务可以看作是多个线程(数据共享)

单核CPU: 宏观并行, 微观并发

真正的并行必须有多核CPU

多任务介绍

概述

多任务指的是, 多个任务同时执行

目的

节约资源, 充分利用CPU资源, 提高效率

表现形式

并发

针对于单核CPU来讲, 如果有多个任务同时请求执行, 但是同一瞬间CPU只能执行1个(任务), 于是就安排他们交替执行.

因为时间间隔非常短, 所以宏观上看是并行, 但是微观上还是并发的.

并行

针对多核CPU来讲, 多个任务可以同时执行

进程介绍

概述

进程: 值得是可执行程序, 也是CPU分配资源的最小单位.

线程: 进程的执行路径, 执行单元

解释:

进程: 车

线程: 车道

多进程实现步骤

  1. 导包(multiprocessing)

  2. 创建进程对象, 关联 该进程要执行的任务(函数)

  3. 启动进程执行任务

代码
复制代码 
import multiprocessing, time
​
​
# 定义代码函数
def coding():
    for i in range(1, 21):
        time.sleep(1)
        print(f'正在敲代码----  {i}')
​
        
# 定义音乐函数
def music():
    for i in range(1, 21):
        time.sleep(1)
        print(f'正在听音乐****  {i}')
​
​
if __name__ == '__main__':
    # 创建进程对象
    p1 = multiprocessing.Process(target=coding)
    p2 = multiprocessing.Process(target=music)
    # 执行进程
    p1.start()
    p2.start()

进程参数

参数

target: 用于关联 进程要执行的任务的.name: 进程名, 默认是: Process-1, Process-2,...., 可以手动修改, 一 般不改.args: 可以通过 元组 的形式传递参数, 实参的个数 及 对应的数据类型 要和 形参的个数及类型 一致.kwargs: 可以通过 字典 的形式传递参数, 实参的个数 要和 形参的个数 一致.

代码演示
复制代码 
import multiprocessing, time
​
​
def coding(name, num):
    for i in range(1, num):
        time.sleep(0.01)
        print(f'{name}正在敲第{i}行代码-')
​
​
def music(name, num):
    for i in range(1, num):
        time.sleep(0.01)
        print(f'{name}正在听第{i}首音乐********')
​
​
if __name__ == '__main__':
    p1 = multiprocessing.Process(target=coding, args=('小明', 21))
    p2 = multiprocessing.Process(target=music, kwargs={'num': 21, 'name': '小明'})
    p11 = multiprocessing.Process(target=coding, args=('小明', 21), name='QQ')
    p22 = multiprocessing.Process(target=music, kwargs={'num': 21, 'name': '小明'}, name='WX')
    print(f'p1:{p1.name}')
    print(f'p2:{p2.name}')
    print(f'p11:{p11.name}')
    print(f'p22:{p22.name}')
    p1.start()
    p2.start()
​

main进程

解释

main程序入口也相当于一个进程, 在程序执行时遇到自定义进程会发生资源抢占, 上述代码中在输出进程对象后, 进程才启动, 所以上述的自定义进程不会和main进程强制资源, 并且自定义进程的启动需要一定时间, 此时的main进程可能已经完成自己的任务, 执行自定义进程.

图解
代码
复制代码 
import multiprocessing, time
​
​
def coding(name, num):
    for i in range(1, num):
        time.sleep(0.01)
        print(f'{name}正在敲第{i}行代码-')
​
​
def music(name, num):
    for i in range(1, num):
        time.sleep(0.01)
        print(f'{name}正在听第{i}首音乐********')
​
​
if __name__ == '__main__':
    p1 = multiprocessing.Process(target=coding, args=('小明', 11))
    p2 = multiprocessing.Process(target=music, kwargs={'num': 11, 'name': '小明'})
    # p11 = multiprocessing.Process(target=coding, args=('小明', 11), name='QQ')
    # p22 = multiprocessing.Process(target=music, kwargs={'num': 11, 'name': '小明'}, name='WX')
    p1.start()
    p2.start()
    # print(f'p1:{p1.name}')
    # time.sleep(0.1)
    # print(f'p2:{p2.name}')
    # time.sleep(0.1)
    # print(f'p11:{p11.name}')
    # time.sleep(0.1)
    # print(f'p22:{p22.name}')
​
    for i in range(1, 21):
        print(f'main: -------  {i}')
        time.sleep(0.1)

注: 上述代码中, 若将main中的循环放到自定义进程前, 则自定义进程不会和main抢占资源, 因为执行完main中的循环才执行到自定义进程, 可以把main函数看作栈, 从上到下执行

代码执行结果(每次可能都不一样)

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