第二阶段Day05网络编程和多线程

第二阶段Day05网络编程和多线程

今日内容大纲介绍

• 网络编程介绍
• 三要素
  • IP地址
  • 端口号
  • 协议
• 网络编程图解
• 网络编程案例
  • 客户端和服务器端交互-一句话
  • 服务器端升级-支持多客户端
  • 扩展: 客户端和服务器端交互-发送文件
• 单线程案例演示
• 多线程案例演示

1.网络编程介绍

• 概述

  网络编程也叫Socket编程, 套接字编程.

  用来实现网络互联的不同计算机上运行的程序间可以进行数据交互, 就叫: 网络编程.

  大白话解释: 两台不同的电脑互相传输信息就叫: 网络编程.

• 三要素

  • IP地址

  • 端口号

  • 协议

2.IP地址详解

• 概述

  设备(电脑, 手机, 手表, IPad…)在网络中的唯一标识, 用:IPAddress表示

• 分类

  • 简单来说主要分为 IpV4, IpV6

  • IpV4: 采用4个字节, 十进制的形式来表示ip, 例如: 192.168.88.161

    扩展:

    ​ IPV4写法, 往下分还有: 城域网, 广域网, 局域网的划分.

  • IpV6: 采用16个字节, 十六进制的形式来表示IP, 理论上无穷多, 可以让地球上的每一粒沙子都有自己的ip.

• 和IP相关的两个命令

  • ipconfig 查看IP地址的(windows系统)

  • ipconfig /all 查看IP地址的(windows系统)

  • ifconfig 查看IP地址的(Linux, Mac系统)

  • ping IP地址或者域名测试网络是否通畅的

    ping IP地址 -t 循环一直发

• 两个特殊的IP

  • 127.0.0.1 代表本机, 在哪台电脑写, 它就代表谁.
  • 255.255.255.255 广播地址, 类似于: 群发.

3.端口号和协议

• 端口号解释

  • 概述

    软件(程序)在设备上的唯一标识.

  • 范围

    0 ~ 65535

  • 细节

    0 ~ 1023已经被系统占用, 或者用作保留端口了, 我们自定义端口号的时候, 尽量规避这个号段.

• 协议

  • 概述

    就是通信规则, 通信两端(发送端和接收端或者客户端和服务器端)都要遵守的规则.

  • TCP协议

    • 全称叫: Transmission Control Protocol, 传输控制协议.类似于: 打电话.
    • 特点
      1. 面向有连接.
      2. 采用字节流的方式发送数据, 理论上无大小限制.
      3. 安全(可靠)协议.
      4. 传输效率相对较低.
      5. 区分客户端和服务器端.

  • UDP协议

    1. 面向无连接.类似于: 群聊
    2. 采用数据报包的形式传输数据, 每个包的大小不能超过64KB.
    3. 不安全(不可靠)协议.
    4. 传输效率相对较高.
    5. 不区分客户端和服务器端, 叫: 发送端和接收端.

4.TCP协议-三次握手和四次挥手

• 连接的时候

  • 三次握手(建立连接的时候)

    1. 客户端像服务器端发起请求, 申请建立连接.
    2. 服务器端接收到客户端请求后, 审核(校验)信息完毕后, 给出回执, 可以连接.
    3. 客户端重新向服务器端发起请求, 建立连接.

  • 四次挥手(断开连接的时候)

    1. A => B方向, A断开连接.
    2. B断开连接.
    3. B => A方向, B断开连接.
    4. A断开连接.

5.socket-入门

""" Socket介绍: 概述: 它是套接字的意思, 也是网络编程的核心对象. 即: 通信两端都独有自己的Socket对象, 数据在两个Socket之间通过 字节流(TCP协议) 或者 数据报包(UDP协议)的形式进行传输. 大白话解释: 你给你远方的朋友聊天, 通信双方(你, 你朋友), 要依赖两部手机(类似于: Socket) socket对象创建思路: 1. 导包. 2. 创建Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式. 3. 打印一下socket对象. """# 1. 导包.importsocket# 2. 创建Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式.# 参1: Address Family, 地址族, 即: 以何种方式解析IP地址, IPv4, IPv6?... AF_INET: 表示以IPv4的规则解析.# 参2: 表示传输数据的方式, Stream代表: 字节流cli_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 3. 打印一下socket对象.print(cli_socket)

6.socket-tcp协议代码思路

""" 案例: 演示字符串 和 二进制数据 相互转换. 背景: 网编中, 客户端 和 服务器端交互数据, 都是采用 二进制形式 实现的. 格式: 字符串.encode(encoding='码表名') # 编码, 字符串 => 二进制形式, 一般用: utf-8码表 二进制字符串.decode(encoding='码表名') # 解码, 二进制字符串 => 字符串形式, 一般用: utf-8码表 细节: 1. 编解码时, 码表要一致, 否则可能出现: 乱码的情况. 2. 数字, 英文字母, 特殊符号, 无论在什么码表中, 都只占 1个字节. 中文在 GBK码表(国内常用)中 占 2个字节, 在utf-8(万国码, 统一码)码表中 占 3个字节. 3. b'内容' 这种写法 是 二进制形式的字符串, 只针对于: 字母, 数字, 特殊符号有效, 针对于中文无效. 即: b'abc123!@#' 可以, b'你好' 不行. """# 需求1: 演示 编码, 中文s1='黑马'# 不写码表, 默认是: utf-8bs1=s1.encode()# bytes 即: 多个字节. b'\xe9\xbb\x91\xe9\xa9\xac'bs2=s1.encode(encoding='gbk')# b'\xba\xda\xc2\xed'bs3=s1.encode(encoding='utf-8')# b'\xe9\xbb\x91\xe9\xa9\xac'print(bs1)# b'\xe9\xbb\x91\xe9\xa9\xac'print(bs2)# b'\xba\xda\xc2\xed'print(bs3)# b'\xe9\xbb\x91\xe9\xa9\xac'print(type(bs1))# <class 'bytes'>print(type(bs2))# <class 'bytes'>print(type(bs3))# <class 'bytes'>print('-'*20)# 需求2: 演示 编码, 数字, 字母, 特殊符号.s2='abc123!@#'bs4=s2.encode(encoding='gbk')bs5=s2.encode(encoding='utf-8')print(bs4)# b'abc123!@#'print(bs5)# b'abc123!@#'print(type(bs4))# <class 'bytes'>print(type(bs5))# <class 'bytes'>print(type(b'abc12!@#'))# OK# print(type(b'你好')) # 报错 SyntaxError: bytes can only contain ASCII literal charactersprint('-'*20)# 需求3: 演示解码.bs1=b'\xe9\xbb\x91\xe9\xa9\xac'# 二进制形式, utf-8 黑马bs2=b'\xba\xda\xc2\xed'# 二进制形式, gbk 黑马bs3=b'abc123!@#'# 啥码表都行.s1=bs1.decode(encoding='utf-8')print(s1)print(type(s1))# s2 = bs1.decode(encoding='gbk') # 编解码不一致, 乱码.s2=bs2.decode(encoding='gbk')print(s2)print(type(s2))print(bs3.decode(encoding='gbk'))print(bs3.decode(encoding='utf-8'))

7.服务器端-收发一句话

""" 案例: 服务器端给客户端发送一句话: Welcome to study socket!, 客户端接收到并打印, 然后给出回执信息. 服务器端代码思路: 1. 创建服务器端Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式. 2. 绑定ip地址 和 端口号. 3. 设置监听. 范围: 1 ~ 128, 一般设置为: 5 4. 等待客户端申请建立连接, 如果有, 则创建1个新的socket对象负责和该客户端交互. 5. 给客户端写一句话. 6. 接收客户端的回执信息. 7. 释放资源. """importsocket# 1. 创建服务器端Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式.# 参1: 地址族, Address Family, 即: 指定何种方式解析IP, 这里的 AF_INET代表 Ipv4# 参2: 传输方式, 这里是: 字节流.server_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 2. 绑定ip地址 和 端口号.server_socket.bind(('127.0.0.1',5555))# 元组形式: (字符串形式的ip地址, int类型的端口号)# 3. 设置监听. 范围: 1 ~ 128, 一般设置为: 5server_socket.listen(5)print('服务器端, 开始监听了...')# 4. 等待客户端申请建立连接, 如果有, 则创建1个新的socket对象负责和该客户端交互.# 参1: 负责和该客户端交互的 socket对象.# 参2: 客户端的ip地址信息.accept_socket,client_info=server_socket.accept()# print(f'监听到客户端信息: {client_info}')# 5. 给客户端写一句话. 二进制字符串形式.accept_socket.send(b'Welcome to study socket!')# 6. 接收客户端的回执信息.recv_data_bytes=accept_socket.recv(1024)recv_data=recv_data_bytes.decode(encoding='utf-8')print(f'服务器端收到回执信息:{recv_data}')# 7. 释放资源.accept_socket.close()

8.客户端-收发一句话

""" 案例: 服务器端给客户端发送一句话: Welcome to study socket!, 客户端接收到并打印, 然后给出回执信息. 服务器端代码思路: 1. 创建客户端Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式. 2. 连接服务器端, 指定: 要连接到的服务器ip地址 和 端口号. 3. 接收服务器端的发送的信息. 4. 给服务端写一句话: 回执信息. 5. 释放资源. """importsocket# 1. 创建客户端Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式.cli_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 2. 连接服务器端, 指定: 要连接到的服务器ip地址 和 端口号.cli_socket.connect(('127.0.0.1',5555))# 3. 接收服务器端的发送的信息.# receive 单词: 接收的意思.recv_data_bytes=cli_socket.recv(1024)# 1024: 表示最大接收字节数. 二进制形式的字符串.# 细节: 把上述的信息转成字符串, 然后打印.recv_data=recv_data_bytes.decode(encoding='utf-8')print(f'客户端接收到:{recv_data}')# 4. 给服务端写一句话: 回执信息.cli_socket.send('收到, 已开始学习, So Easy!'.encode(encoding='utf-8'))# 5. 释放资源.cli_socket.close()

9.端口号重用

• 遇到的问题

  • 服务器端关闭后, 它的端口号不会立即释放, 而是等待1 ~ 2分钟才会释放, 这个时候, 如果重新启动服务器端, 就会报错

• 解决方案

  1. 手动换1个新的端口号.

  2. 设置服务器端端口号重用, 即: 服务器端关闭, 端口号立即释放.

     server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

     """ 案例: 服务器端给客户端发送一句话: Welcome to study socket!, 客户端接收到并打印, 然后给出回执信息. 服务器端代码思路: 1. 创建服务器端Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式. 2. 绑定ip地址 和 端口号. 3. 设置监听. 范围: 1 ~ 128, 一般设置为: 5 4. 等待客户端申请建立连接, 如果有, 则创建1个新的socket对象负责和该客户端交互. 5. 给客户端写一句话. 6. 接收客户端的回执信息. 7. 释放资源. """importsocket# 1. 创建服务器端Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式.# 参1: 地址族, Address Family, 即: 指定何种方式解析IP, 这里的 AF_INET代表 Ipv4# 参2: 传输方式, 这里是: 字节流.server_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 2. 绑定ip地址 和 端口号.server_socket.bind(('127.0.0.1',5555))# 元组形式: (字符串形式的ip地址, int类型的端口号)# server_socket.bind(('192.168.24.148', 5555)) # 元组形式: (字符串形式的ip地址, int类型的端口号)# 3. 设置监听. 范围: 1 ~ 128, 一般设置为: 5server_socket.listen(5)print('服务器端, 开始监听了...')# 4. 等待客户端申请建立连接, 如果有, 则创建1个新的socket对象负责和该客户端交互.# 参1: 负责和该客户端交互的 socket对象.# 参2: 客户端的ip地址信息.accept_socket,client_info=server_socket.accept()# print(f'监听到客户端信息: {client_info}')# 5. 给客户端写一句话. 二进制字符串形式.accept_socket.send(b'Welcome to study socket!')# 6. 接收客户端的回执信息.recv_data_bytes=accept_socket.recv(1024)recv_data=recv_data_bytes.decode(encoding='utf-8')print(f'服务器端收到回执信息:{recv_data}')# 7. 释放资源.accept_socket.close()# 8. 设置立即释放端口号.# 参1: 代表当前的socket对象, 即: server_socket# 参2: 选项, reuse address, 重用地址(是否立即释放端口号)# 参3: 选项值, True(正确), False(错误)server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,True)

10.服务器端-支持多客户端连接

""" 案例: 改造服务器端为 支持多客户端连接, 即: 咱们班同学开启你的客户端, 都可以给我发消息了. 服务器端代码思路: 1. 创建服务器端Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式. 2. 绑定ip地址 和 端口号. 3. 设置监听. 范围: 1 ~ 128, 一般设置为: 5 4. 等待客户端申请建立连接, 如果有, 则创建1个新的socket对象负责和该客户端交互. 5. 给客户端写一句话. 6. 接收客户端的回执信息. 7. 释放资源. """importsocket# 1. 创建服务器端Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式.# 参1: 地址族, Address Family, 即: 指定何种方式解析IP, 这里的 AF_INET代表 Ipv4# 参2: 传输方式, 这里是: 字节流.server_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 2. 绑定ip地址 和 端口号.server_socket.bind(('192.168.24.148',5556))# 元组形式: (字符串形式的ip地址, int类型的端口号)# 3. 设置监听. 范围: 1 ~ 128, 一般设置为: 5server_socket.listen(5)print('服务器端, 开始监听了...')# 用死循环包裹.whileTrue:# 4. 等待客户端申请建立连接, 如果有, 则创建1个新的socket对象负责和该客户端交互.# 参1: 负责和该客户端交互的 socket对象.# 参2: 客户端的ip地址信息.accept_socket,client_info=server_socket.accept()# print(f'监听到客户端信息: {client_info}')# 5. 给客户端写一句话. 二进制字符串形式.accept_socket.send(b'Welcome to study socket!')# 6. 接收客户端的回执信息.recv_data_bytes=accept_socket.recv(1024)recv_data=recv_data_bytes.decode(encoding='utf-8')print(f'服务器端收到回执信息:{recv_data}')# 7. 释放资源.accept_socket.close()

11.网络编程-长连接

• 服务器端代码

  """ 案例: 长连接代码演示. 长连接 和 短连接介绍: 短连接: 客户端发送完一句话(交互一次), 就会释放, 下次想重新发送, 必须再次新建连接. 长连接: 客户端发送完消息后, 不会立即结束, 而是选择在特定的时机结束. 即: 可以实现重复发送. 一般适用于: 数据库连接. """importsocket# 1. 创建服务器端Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式.server_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 2. 绑定ip地址 和 端口号.server_socket.bind(('127.0.0.1',5555))# server_socket.bind(('192.168.24.148', 5555))# 3. 设置监听. 范围: 1 ~ 128, 一般设置为: 5server_socket.listen(5)print('服务器端, 开始监听了...')# 4. 等待客户端申请建立连接, 如果有, 则创建1个新的socket对象负责和该客户端交互.accept_socket,client_info=server_socket.accept()whileTrue:# 5. 接收客户端的信息.recv_data_bytes=accept_socket.recv(1024)recv_data=recv_data_bytes.decode(encoding='utf-8')print(f'服务器端收到回执信息:{recv_data}')# 6. 判断接收到的信息是否是: 886, 如果是, 就结束.ifrecv_data=='886':break# 7. 释放资源.accept_socket.close()

• 客户端代码

  """ 案例: 长连接代码演示. 长连接 和 短连接介绍: 短连接: 客户端发送完一句话(交互一次), 就会释放, 下次想重新发送, 必须再次新建连接. 长连接: 客户端发送完消息后, 不会立即结束, 而是选择在特定的时机结束. 即: 可以实现重复发送. 一般适用于: 数据库连接. """importsocket# 1. 创建客户端Socket对象, 指定: 地址族, 传输方式.cli_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 2. 连接服务器端, 指定: 要连接到的服务器ip地址 和 端口号.cli_socket.connect(('127.0.0.1',5555))# 3. 给服务端写一句话, 用循环改造.whileTrue:# 3.1 提示用户录入, 要往服务器: 发送的消息, 并接收.result=input('请录入您要发给服务器的信息: ')# 3.2 发给服务器即可.cli_socket.send(result.encode(encoding='utf-8'))# 3.3 判断是否是 886, 如果是, 就结束发送.ifresult=='886':break# 5. 释放资源.cli_socket.close()

12.网络编程-文件上传

• 服务器端

  """ 案例: 演示客户端给服务器端上传1个文件. """importsocket# 1. 创建socket对象.server_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 2. 绑定ip, 端口号.server_socket.bind(('192.168.24.148',6666))# server_socket.bind(('127.0.0.1', 6666))# 3. 设置监听.server_socket.listen(5)# 允许等待的最大连接数.print('服务器端, 开始监听了...')# 4. 开启监听, 等待客户端建立连接.accept_socket,client_info=server_socket.accept()# 5. 将读取到的内容存储到 目的地文件中.withopen('./data/hg.txt','wb')asdest_f:# 思路1: 一次性从客户端读取完 文件中 所有的内容.# # 5.1 接收客户端发送过来的文件(内容)# recv_data_bytes = accept_socket.recv(1024000)# # 5.2 具体的往目的地文件中 写数据的动作.# dest_f.write(recv_data_bytes)# 方式2: 一次性接收客户端写过来的1024个字节, 并写到目的地文件中.whileTrue:# 5.1 读取客户端传过来的数据.data=accept_socket.recv(1024)# 5.2 判断接收到的内容, 是否不为空, 为空: 则立即结束, 即: 上传完毕.iflen(data)<=0:break# 5.3 走到这里, 说明读取到内容不为空, 写到目的地文件即可.dest_f.write(data)# 7. 释放资源.accept_socket.close()

• 客户端

  """ 案例: 演示客户端给服务器端上传1个文件. """importsocket# 1. 创建客户端socket对象.cli_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 2. 连接服务器端.# cli_socket.connect((('127.0.0.1', 6666)))cli_socket.connect((('192.168.24.148',6666)))# 3. 读取文件中的数据, 并写给服务器端.withopen('d:/绕口令.txt','rb')assrc_f:# 方式1: 一次性从源文件读取完 文件中 所有的内容.# # 3.1 读取文件中所有的数据.# data_bytes = src_f.read()# # 3.2 把上述的数据(文件内容)写给服务器端.# cli_socket.send(data_bytes)# 方式2: 一次读取1024个字节, 然后写出, 即: 循环读取, 写出.whileTrue:# 3.1 一次从文件中读取1024个字节.data=src_f.read(1024)# 3.2 直接把读取到的内容写给 服务器端.cli_socket.send(data)# 3.3 判断, 如果文件内容读完, 程序结束.iflen(data)<=0:break# 4. 释放资源.cli_socket.close()

13.多任务介绍

• 概述

  指的是同一时间, 执行多个任务.

• 好处

  充分利用CPU资源, 提高执行效率.

• 面试题: 并发 和 并行的区别是什么?

  • 并发:

    • 多个任务同时请求同一个CPU资源, 但是同一瞬间, CPU只能执行一个任务, 于是安排它们交替执行.
    • 看起来好像是同时执行的, 其实不是.

  • 并行

    • 多个任务同时执行.前提: 需要多核CPU.

14.多进程介绍

# 进程解释进程指的是Process,是CPU分配资源的最小单位.简单理解:CPU是按照进程为单位进行资源划分的.一个.exe(可执行程序),就是1个进程.# 线程指的是进程的执行路径,执行单元.# 多进程 和 多线程多进程:指的是多个.exe 任务同时执行,例如:QQ,微信,飞秋等一起执行.多线程;指的是进程内部,多任务执行.例如:微信,和张三,李四同时聊天.# 大白话翻译:进程=车 线程=车道,如果是单车道:就叫单线程,如果是多车道:就叫多线程.

15.多进程代码演示

""" 多进程解释: 让多个任务同时执行. 思路: 1. 导包. 2. 创建进程类对象, 关联: 要执行的函数. 3. 开启进程. """# 0. 导包importmultiprocessing,time# 1. 定义函数, 表示: 敲代码.defcoding():foriinrange(10):print(f'敲代码...{i}')time.sleep(0.1)# 2. 定义函数, 表示: 听音乐.defmusic():foriinrange(10):print(f'听音乐--------{i}')time.sleep(0.1)# 3. 测试代码if__name__=='__main__':# 单线程: 前边不执行结束, 后续代码无法执行.# coding()# music()# 多线程(多进程): 代码演示.# 4. 创建进程类对象, 关联: 要执行的函数.p1=multiprocessing.Process(target=coding)# 创建进程1, 关联: coding函数p2=multiprocessing.Process(target=music)# 创建进程2, 关联: music函数# main的这个代码, 放这里, 会先走完, 然后才会创建后续的p1和p2进程, p1和p2才会抢资源.foriinrange(10):print(f'main##{i}')time.sleep(0.1)# 5. 开启进程p1.start()p2.start()

""" 多进程(process): 可以指定每个进程的任务, 多个进程之间可以并发, 也可以并行执行. 多进程实现步骤: 1. 导包. import multiprocessing 2. 创建进程对象, 关联: 要执行的任务(函数). p1 = multiprocessing.Process(target=目标函数名) 3. 开启进程. p1.start() """# 需求: 使用多进程来模拟一边写代码, 一边听音乐的功能.# 导包importtimeimportmultiprocessing# 1. 定义函数, 表示: 写代码.defcoding():foriinrange(10):print(f'敲代码...{i}')time.sleep(1)# 休眠1秒# 2. 定义函数, 表示: 听音乐.defmusic():foriinrange(10):print(f'听音乐.......{i}',end='\n')time.sleep(1)# 休眠1秒# 在main函数中测试if__name__=='__main__':# 调用函数, 如果这么写, 是单进程(单线程)程序, 前边不执行完, 不会执行后续的内容# coding()# music()# 3.创建进程对象, 分别关联 上述的两个函数p1=multiprocessing.Process(target=coding)p2=multiprocessing.Process(target=music)# 4.开启进程p1.start()p2.start()# 5. 来个main函数的 for循环.foriinrange(5):print(f'main---------{i}')time.sleep(1)

"""# 需求: 使用多进程来模拟一边写代码, 一边听音乐的功能.# 导包importtimeimportmultiprocessing# 1. 定义函数, 表示: 写代码.defcoding():foriinrange(10):print(f'敲代码...{i}')time.sleep(1)# 休眠1秒# 2. 定义函数, 表示: 听音乐.defmusic():foriinrange(10):print(f'听音乐.......{i}',end='\n')time.sleep(1)# 休眠1秒# 在main函数中测试if__name__=='__main__':# 调用函数, 如果这么写, 是单进程(单线程)程序, 前边不执行完, 不会执行后续的内容# coding()# music()# 3.创建进程对象, 分别关联 上述的两个函数p1=multiprocessing.Process(target=coding)p2=multiprocessing.Process(target=music)# 4.开启进程p1.start()p2.start()# 5. 来个main函数的 for循环.foriinrange(5):print(f'main---------{i}')time.sleep(1)