python 30 基于TCP协议的socket通信

1. 单对单循环通信

? send() 和recv()不是一一对应的。

# 服务端 server.py  
import socket
phone = socket.socket()

phone.bind = (('127.0.0.1',8888))  # 绑定本地回环地址/端口号
phone.listen()  # 开始监听
conn,addr = phone.accept()  # 等待连接
print(f"连接{addr}成功！")

while 1:
    try:
        from_client_data = conn.recv(1024)
        if from_client_data.upper() == b'Q':   # 字节bytes Q
            print('客户端已正常退出！')
            break
        print(f"来自客户端{addr}的消息：{from_client_data.decode('utf-8')}")
        
        to_server_data = input('>>>').strip().encode('utf-8')
        phone.send(to_server_data)
    except ConnectionResetError:
        print('客户端连接中断！')
        break
conn.close()
phone.close()

# 客户端 client.py

import socket

phone = socket.socket()
phone.connect(('127.0.0.1',8888))

while 1:
    to_server_data = input('>>>').strip().encode('utf-8')
    if not to_server_data:
        print('输入内容不能为空！')
        continue
    phone.send(to_server_data)
    if to_server_data.upper() == b'Q':
        break
    from_server_data = phone.recv(1024)
    print(f"来自服务端的消息：{from_server_data.decode('utf-8')}")
    
phone.close()

2. 循环连接通信：可连接多个客户端

# 服务端循环接收连接
import socket
phone = socket.socket()
phone.bind(('127.0.0.1',8848))
phone.listen()
while 1:
    conn,addr = phone.accept()      # 循环可接收客户端
    print(f'与客户端{addr}连接成功！')
    while 1:
        try:
            from_client_data = conn.recv(1024)
            if from_client_data.upper() == b'Q':
                print('客户端已退出！')
                break
            print(f"来自客户端的消息：{from_client_data.decode('utf-8')}")
            to_client_data = input('>>>').strip().encode('utf-8')
            conn.send(to_client_data)
        except ConnectionResetError:
            print('客户端连接中断！')
            break
    conn.close()
phone.close()

# 客户端 client
import socket
phone = socket.socket()
phone.connect(('127.0.0.1',8848))
while 1:
    to_server_data = input('>>>').strip().encode('utf-8')
    if not to_server_data:
        print('输入内容不能为空！')
        continue
    phine.send(to_server_data)
    if to_server_data.upper() == b'Q':
        break
    from_server_data = phone.recv(1024)
    print(f"来自服务端的消息：{from_server_data.decode('utf-8')}")
phone.close

3. 执行远程命令

# 使用subproess模块 可像操作系统cmd一样执行命令
import subprocess

obj = subprocess.Popen('dir',shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE,)

print(obj.stdout.read().decode('gbk'))  # 正确命令
print(obj.stderr.read().decode('gbk'))  # 错误命令
# 如果是正确的命令，那么错误命令会输出空字符。

# shell: 命令解释器，相当于调用cmd 执行指定的命令。
# stdout:正确结果丢到管道中。
# stderr:错了丢到另一个管道中。
# windows操作系统的默认编码是gbk编码。

# 在服务端 增加subprocess模块，

import subprocess
import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.bind(('127.0.0.1',8888))

phone.listen()
while 1:
    conn,addr = phone.accept()
    print(f'连接{addr}成功！')
    while 1:
        try:
            from_client_data = conn.recv(1024)
            if from_client_data.upper() == b'Q':
                print('客户端正常退出！')
                break
            # print(f"来自客户端{addr}的消息：{from_client_data.decode('utf-8')}")
            obj = subprocess.Popen(from_client_data.decode("utf-8"),)

            to_client_data = obj.stdout.read() + obj.stderr.read()
            # subprocess使用当前系统默认编码，得到结果为bytes类型，在windows下需要用gbk解码
            conn.send(to_client_data) # 此时是gbk的bytes的类型
        except ConnectionResetError:
            print('客户端连接中断！')
            break
    conn.close()
phone.close()

# 客户端 client
import socket

phone = socket.socket()
phone.connect(('127.0.0.1',8888))

while 1:
    to_server_data = input('>>>').strip().encode('utf-8')
    if not to_server_data:
        print('输入内容不能为空！')
        continue
    phone.send(to_server_data)
    if to_server_data.upper() == b'Q':
        break

    from_server_data = phone.recv(1024)
    print(f"{from_server_data.decode('gbk')}")  # 需gbk解码

phone.close()

4. 粘包现象

4.1 socket缓冲区

? 每个socket，都会有两个缓冲区，输入/输出缓冲区。过程如上图，send()结束后，会马上进入recv()状态（有阻塞）。

? 作用：1. 展示存储一些数据；2. 如果网络有波动，缓冲区会保护数据的收发稳定、匀速。

? 缺点：是会造成粘包的现象之一。

4.2 出现粘包的情况：

? 1. 如果客户端send() 数据超过recv() 设定的字节数，会先接收最大限制的字节数，当第二次send() 数据时，recv() 会将上次遗留的数据接收，产生粘包现象。

1. 连续短暂send() 多次（数据量较小），数据会统一发送出去，产生粘包。

   （Nagle算法）

4.3 解决粘包现象

#思路：
    服务端发出send() 数据有10000字节，客户端接收数据时，循环recv()接收，每次（至多）接收1024字节，直至将所有的字节全部接收完毕，将接收的数据拼接在一起，编码打印出。
    
#遇到的问题：
    1. recv() 次数无法确定。
    客户端先接收总数据的一个长度，然后再循环recv 控制循环次数，只有接收的数据长度 < 总数据长度，就会一直接收。（先发总数据长度，再发总数据）
    2.获取总数据的长度是 int 类型，先要转换成 bytes 类型，再发出，但是总数据的长度转化成的 bytes类型的字节数是不固定的。
    int:376 ——> str(376):'376' ——> bytes:b'376'  (长度为3)
    int:4558 ——> str(4558):'4558' ——> bytes:b'4558'  (长度为4)     解决：将不固定长度的int类型转换成固定长度的bytes，并且还可以反解回来。（用来制定固定长度的报头）

# 将不固定长度的int类型转换成固定长度的bytes

import struct
ret = struct.pack('i',376) # 将int 376转换成固定4个长度的bytes字节
# i 默认长度为 4； q 默认为8
print(ret,type(ret),len(ret))

ret1 = struct.unpack('i',ret)[0]    # 是元组形式， 反解成int型
print(ret1,type(ret1))

# 但是通过struct 处理不能处理太大数据
ret = struct.pack('l',4323241232132324)
print(ret,len(ret))  # 报错

# low版解决粘包现象

# 服务端server
import socket
import subprocess
import struct

phone = socket.socket()

phone.bind(('127.0.0.1',8888))
phone.listen()

while 1:
    conn,addr = phone.accept()
    print(f'与客户端{addr}连接')

    while 1:
        try:
            from_client_data = conn.recv(1024)
            if from_client_data.upper() == b'Q':
                print('客户端已退出！')
                break
            obj = subprocess.Popen(from_client_data.decode("utf-8"),)
            total_data = obj.stdout.read() + obj.stderr.read()

            conn.send(struct.pack('i',len(total_data)))  # 发出 总数据长度的bytes类型
            print(len(total_data))
            conn.send(total_data)   # 发出总数据 gbk编码的字节
        except ConnectionResetError:
            print('与客户端连接中断！')
            break
    conn.close()
phone.close()

# 客户端client

import socket
import struct

phone = socket.socket()

phone.connect(('127.0.0.1',8888))

while 1:

    to_server_data = input('>>>').strip().encode('utf-8')
    if not to_server_data:
        print('内容不能为空！')
        continue
    phone.send(to_server_data)
    if to_server_data.upper() == b'Q':
        break

    head_bytes = phone.recv(4)   # 接收总数据长度的bytes
    head_int = struct.unpack('i',head_bytes)[0]  # 反解成int
    print(head_int)
    data = b''      # 定义一个空字节
    while len(data) < head_int:
        data = data + phone.recv(1024)

    print(len(data))
    print(f"{data.decode('gbk')}")  # 终端是 gbk 编码的

phone.close()

bytes

? 用于网络传输、文件存储时。

能够保持数据原本类型。