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基于Python的socket庫(kù)實(shí)現(xiàn)通信功能的示例代碼

更新時(shí)間：2023年08月11日 09:59:51 作者：代碼寫不完了

本文主要給大家介紹了如何使用python的socket庫(kù)實(shí)現(xiàn)通信功能,這里簡(jiǎn)單的給每個(gè)客戶端增加一個(gè)不重復(fù)的uid,客戶端之間可以根據(jù)這個(gè)uid選擇進(jìn)行廣播通信,感興趣的小伙伴快來(lái)看看吧

1.前言

這是一篇介紹使用python的socket庫(kù)實(shí)現(xiàn)通信功能的文章.系統(tǒng)主要分為客戶端和服務(wù)端。這里簡(jiǎn)單的給每個(gè)客戶端增加一個(gè)不重復(fù)的uid，客戶端之間可以根據(jù)這個(gè)uid選擇進(jìn)行廣播通信，即與所有在線的客戶端通信。也可以選擇與單一客戶端通信。

2.技術(shù)介紹

(1) socket:

Socket（套接字）是在應(yīng)用層和傳輸層之間的一個(gè)抽象層，它提供了對(duì)TCP/IP協(xié)議族進(jìn)行訪問(wèn)的接口。socket可以看成是一種特殊的文件描述符，與文件描述符類似，開發(fā)者可以對(duì)它進(jìn)行讀寫操作，從而實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程主機(jī)的通信和數(shù)據(jù)傳輸。

在網(wǎng)絡(luò)編程中，Socket通常被用于實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器之間的通信。當(dāng)一個(gè)程序需要向另一個(gè)程序發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)將數(shù)據(jù)包裝在一個(gè)Socket對(duì)象中，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給對(duì)方。接收端程序收到數(shù)據(jù)后，會(huì)再次將數(shù)據(jù)解包，存入自己的Socket緩存當(dāng)中。

在TCP/IP協(xié)議中，Socket是通過(guò)IP地址、端口號(hào)和協(xié)議類型來(lái)標(biāo)識(shí)的。其中，IP地址用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)一臺(tái)主機(jī)，端口號(hào)則表示該主機(jī)上具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，協(xié)議類型指明該Socket使用的具體傳輸協(xié)議，如TCP或UDP等。

Socket編程比較靈活，可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行不同的設(shè)置和配置，例如設(shè)置Socket的超時(shí)時(shí)間、緩沖區(qū)大小、數(shù)據(jù)包大小等。同時(shí)，Socket也支持多種編程語(yǔ)言，如Python、Java和C/C++等。因此，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時(shí)，Socket是非常常用和重要的組件之一。

(2) Python的socket庫(kù):

Python的socket庫(kù)是一個(gè)用于網(wǎng)絡(luò)編程的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，它提供了一套高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)接口，使得開發(fā)人員可以輕松地創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。

該庫(kù)允許Python程序通過(guò)創(chuàng)建Socket對(duì)象來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)通信，每個(gè)Socket對(duì)象都與一個(gè)特定的協(xié)議族相關(guān)聯(lián)，如AF_INET（使用IPv4協(xié)議）或AF_INET6（使用IPv6協(xié)議）。

socket庫(kù)提供了一系列函數(shù)，可以用于創(chuàng)建、連接、監(jiān)聽和發(fā)送數(shù)據(jù)等各種網(wǎng)絡(luò)操作。其中，一些常用的函數(shù)包括：

socket() : 創(chuàng)建一個(gè)Socket對(duì)象，指定協(xié)議族、sock類型、協(xié)議等參數(shù)；
bind() : 將Socket對(duì)象與本地地址進(jìn)行綁定；
listen() : 開始監(jiān)聽指定端口上的連接請(qǐng)求；
accept() : 接受客戶端連接請(qǐng)求，并返回新的Socket對(duì)象和客戶端地址；
connect() : 連接到遠(yuǎn)端主機(jī)的指定端口；
recv() 和 send() : 接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；
close() : 關(guān)閉Socket連接。

使用Python的socket庫(kù)，可以方便地實(shí)現(xiàn)基于TCP或UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程。同時(shí)，socket庫(kù)也支持基于多線程和異步IO的網(wǎng)絡(luò)編程，可以用于處理高并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

(1) 服務(wù)端(server.py)

import socket
import threading
import json
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8888
# 存儲(chǔ)客戶端的 uid 和 socket 對(duì)象的映射關(guān)系
clients = {}
# 創(chuàng)建一個(gè) TCP 協(xié)議的套接字對(duì)象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 綁定并監(jiān)聽一個(gè)指定的地址和端口號(hào)
server_socket.bind((HOST, PORT))
# 開始監(jiān)聽客戶端對(duì)指定 IP 地址和端口號(hào)的連接請(qǐng)求,當(dāng)有客戶端發(fā)送連接請(qǐng)求時(shí)，
# 服務(wù)端可以接受客戶端連接，并創(chuàng)建一個(gè)新的套接字對(duì)象以處理客戶端與服務(wù)端之間的通信。
server_socket.listen()
def handle_client(client_socket, client_address):
    uid = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
    print('uid:{}已上線'.format(uid))
    clients[uid] = client_socket
    while True:
        try:
            data = client_socket.recv(1024)
            if data:
                # 解析消息
                msg_dict = json.loads(data.decode('utf-8'))
                sender_id = msg_dict['sender_id']
                receiver_id = msg_dict['receiver_id']
                message = msg_dict['message']
                print('用戶 {} 發(fā)送給用戶 {} 的消息: {}'.format(sender_id, receiver_id, message))
                if receiver_id == 'all':
                    # 廣播消息給所有客戶端
                    for uid, client in clients.items():
                        if uid != sender_id:
                            client.sendall(data)
                elif receiver_id in clients and receiver_id != sender_id:
                    # 發(fā)送消息給指定客戶端
                    client_socket = clients[receiver_id]
                    client_socket.sendall(data)
                else:
                    # 接收到的消息有誤，回復(fù)錯(cuò)誤信息
                    error = {
                        '錯(cuò)誤': f'對(duì)方ID無(wú)效: {receiver_id}'
                    }
                    client_socket.sendall(json.dumps(error).encode('utf-8'))
            else:
                # 客戶端關(guān)閉了連接
                print('客戶端關(guān)閉了連接')
                break
        except:
            # 發(fā)送和接收消息時(shí)出現(xiàn)異常，可能是客戶端關(guān)閉了連接
            print('發(fā)送和接收消息時(shí)出現(xiàn)異常，可能是客戶端關(guān)閉了連接')
            break
    # 移除客戶端連接
    print('用戶:{}已離線'.format(uid))
    del clients[uid]
    # 關(guān)閉客戶端連接
    client_socket.close()
if __name__ == '__main__':
    print(f'Server listening on {HOST}:{PORT}')
    while True:
        client_socket, client_address = server_socket.accept()
        print(f'{client_address[0]}:{client_address[1]} connected')
        # 生成客戶端 UID，并存儲(chǔ)客戶端的 socket 對(duì)象和 UID 的映射關(guān)系
        thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(client_socket, client_address))
        thread.daemon = True
        thread.start()

(2) 客戶端1(client1.py)

import socket
import threading
import uuid
import json
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8888
# 隨機(jī)生成一個(gè)唯一 ID
UID = str(uuid.uuid4())
# 創(chuàng)建一個(gè) TCP 協(xié)議的套接字對(duì)象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 連接指定主機(jī)和端口
client_socket.connect((HOST, PORT))
# 將UID發(fā)送給服務(wù)端
client_socket.sendall(UID.encode('utf-8'))
def receive_message():
    while True:
        data = client_socket.recv(1024)
        if data:
            # 解析消息
            msg_dict = json.loads(data.decode('utf-8'))
            if 'sender_id' in msg_dict:
                sender_id = msg_dict['sender_id']
                message = msg_dict['message']
                print(f"{sender_id}: {message}")
            elif 'error' in msg_dict:
                error = msg_dict['error']
                print(f"Error: {error}")
        else:
            # 服務(wù)端關(guān)閉了連接
            print('服務(wù)器已下線...')
            break
    # 關(guān)閉客戶端連接
    client_socket.close()
def send_message(receiver_id):
    while True:
        message = input()
        # 構(gòu)造消息字典
        msg_dict = {
            'sender_id': UID,
            'receiver_id': receiver_id,
            'message': message
        }
        # 將消息字典序列化為JSON格式字符串
        json_str = json.dumps(msg_dict)
        # 將消息發(fā)送給服務(wù)端
        client_socket.sendall(json_str.encode('utf-8'))
if __name__ == '__main__':
    print(f'你的ID: {UID}')
    receiver_id = input('輸入對(duì)方的ID接收對(duì)方消息或者輸入"all"接收廣播消息: ')
    # 啟動(dòng)接收消息的線程
    t1 = threading.Thread(target=receive_message)
    t1.daemon = True
    t1.start()
    # 啟動(dòng)發(fā)送消息的線程
    t2 = threading.Thread(target=send_message, args=(receiver_id,))
    t2.daemon = True
    t2.start()
    # 等待發(fā)送線程結(jié)束，結(jié)束接收線程
    t2.join()
    t1.join()

(3) 客戶端2(client2.py)

import socket
import threading
import uuid
import json
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8888
# 隨機(jī)生成一個(gè)唯一 ID
UID = str(uuid.uuid4())
# 創(chuàng)建一個(gè) TCP 協(xié)議的套接字對(duì)象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 連接指定主機(jī)和端口
client_socket.connect((HOST, PORT))
# 將UID發(fā)送給服務(wù)端
client_socket.sendall(UID.encode('utf-8'))
def receive_message():
    while True:
        data = client_socket.recv(1024)
        if data:
            # 解析消息
            msg_dict = json.loads(data.decode('utf-8'))
            if 'sender_id' in msg_dict:
                sender_id = msg_dict['sender_id']
                message = msg_dict['message']
                print(f"{sender_id}: {message}")
            elif 'error' in msg_dict:
                error = msg_dict['error']
                print(f"Error: {error}")
        else:
            # 服務(wù)端關(guān)閉了連接
            print('服務(wù)器已下線...')
            break
    # 關(guān)閉客戶端連接
    client_socket.close()
def send_message(receiver_id):
    while True:
        message = input()
        # 構(gòu)造消息字典
        msg_dict = {
            'sender_id': UID,
            'receiver_id': receiver_id,
            'message': message
        }
        # 將消息字典序列化為JSON格式字符串
        json_str = json.dumps(msg_dict)
        # 將消息發(fā)送給服務(wù)端
        client_socket.sendall(json_str.encode('utf-8'))
if __name__ == '__main__':
    print(f'你的ID: {UID}')
    receiver_id = input('輸入對(duì)方的ID接收對(duì)方消息或者輸入"all"接收廣播消息: ')
    # 啟動(dòng)接收消息的線程
    t1 = threading.Thread(target=receive_message)
    t1.daemon = True
    t1.start()
    # 啟動(dòng)發(fā)送消息的線程
    t2 = threading.Thread(target=send_message, args=(receiver_id,))
    t2.daemon = True
    t2.start()
    # 等待發(fā)送線程結(jié)束，結(jié)束接收線程
    t2.join()
    t1.join()