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基于Python的socket库实现通信功能_python socket通信

作者：我家小花儿 | 2024-05-13 00:33:09

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python socket通信

目录

1.前言

2.技术介绍

(1) socket:

(2) Python的socket库:

3.系统实现

(1) 服务端(server.py)

(2) 客户端1(client1.py)

(3) 客户端2(client2.py)

4.系统功能演示

(1)启动服务端和客户端

(2) 通信功能

 5.总结

1.前言

        这是一篇介绍使用python的socket库实现通信功能的文章.系统主要分为客户端和服务端。这里简单的给每个客户端增加一个不重复的uid，客户端之间可以根据这个uid选择进行广播通信，即与所有在线的客户端通信。也可以选择与单一客户端通信。

        主页还有一些其他的项目,且在持续更新中：

代码写不完了的CSDN主页icon-default.png?t=N4P3https://blog.csdn.net/spx_0108

2.技术介绍

(1) socket:

        Socket（套接字）是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它提供了对TCP/IP协议族进行访问的接口。socket可以看成是一种特殊的文件描述符，与文件描述符类似，开发者可以对它进行读写操作，从而实现与远程主机的通信和数据传输。

        在网络编程中，Socket通常被用于实现客户端和服务器之间的通信。当一个程序需要向另一个程序发送数据时，它会将数据包装在一个Socket对象中，然后通过网络传输给对方。接收端程序收到数据后，会再次将数据解包，存入自己的Socket缓存当中。

        在TCP/IP协议中，Socket是通过IP地址、端口号和协议类型来标识的。其中，IP地址用来唯一标识一台主机，端口号则表示该主机上具体的网络应用程序，协议类型指明该Socket使用的具体传输协议，如TCP或UDP等。

        Socket编程比较灵活，可以根据不同的需求进行不同的设置和配置，例如设置Socket的超时时间、缓冲区大小、数据包大小等。同时，Socket也支持多种编程语言，如Python、Java和C/C++等。因此，在实现网络应用程序时，Socket是非常常用和重要的组件之一。

(2) Python的socket库:

        Python的socket库是一个用于网络编程的标准库，它提供了一套高级的网络接口，使得开发人员可以轻松地创建网络应用程序。

        该库允许Python程序通过创建Socket对象来完成网络通信，每个Socket对象都与一个特定的协议族相关联，如AF_INET（使用IPv4协议）或AF_INET6（使用IPv6协议）。

        socket库提供了一系列函数，可以用于创建、连接、监听和发送数据等各种网络操作。其中，一些常用的函数包括：

  • socket(): 创建一个Socket对象，指定协议族、sock类型、协议等参数；
  • bind(): 将Socket对象与本地地址进行绑定；
  • listen(): 开始监听指定端口上的连接请求；
  • accept(): 接受客户端连接请求，并返回新的Socket对象和客户端地址；
  • connect(): 连接到远端主机的指定端口；
  • recv() 和 send(): 接收和发送数据；
  • close(): 关闭Socket连接。

        使用Python的socket库，可以方便地实现基于TCP或UDP协议的网络编程。同时，socket库也支持基于多线程和异步IO的网络编程，可以用于处理高并发的网络应用程序。

3.系统实现

(1) 服务端(server.py)

  1. import socket
  2. import threading
  3. import json
  4.  
  5. HOST = '127.0.0.1'
  6. PORT = 8888
  7.  
  8. # 存储客户端的 uid 和 socket 对象的映射关系
  9. clients = {}
  10.  
  11. # 创建一个 TCP 协议的套接字对象
  12. server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  13. # 绑定并监听一个指定的地址和端口号
  14. server_socket.bind((HOST, PORT))
  15. # 开始监听客户端对指定 IP 地址和端口号的连接请求,当有客户端发送连接请求时，
  16. # 服务端可以接受客户端连接，并创建一个新的套接字对象以处理客户端与服务端之间的通信。
  17. server_socket.listen()
  18.  
  19. def handle_client(client_socket, client_address):
  20.     uid = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
  21.     print('uid:{}已上线'.format(uid))
  22.     clients[uid] = client_socket
  23.  
  24.     while True:
  25.         try:
  26.             data = client_socket.recv(1024)
  27.             if data:
  28.                 # 解析消息
  29.                 msg_dict = json.loads(data.decode('utf-8'))
  30.                 sender_id = msg_dict['sender_id']
  31.                 receiver_id = msg_dict['receiver_id']
  32.                 message = msg_dict['message']
  33.                 print('用户 {} 发送给用户 {} 的消息: {}'.format(sender_id, receiver_id, message))
  34.  
  35.                 if receiver_id == 'all':
  36.                     # 广播消息给所有客户端
  37.                     for uid, client in clients.items():
  38.                         if uid != sender_id:
  39.                             client.sendall(data)
  40.                 elif receiver_id in clients and receiver_id != sender_id:
  41.                     # 发送消息给指定客户端
  42.                     client_socket = clients[receiver_id]
  43.                     client_socket.sendall(data)
  44.                 else:
  45.                     # 接收到的消息有误，回复错误信息
  46.                     error = {
  47.                         '错误': f'对方ID无效: {receiver_id}'
  48.                     }
  49.                     client_socket.sendall(json.dumps(error).encode('utf-8'))
  50.             else:
  51.                 # 客户端关闭了连接
  52.                 print('客户端关闭了连接')
  53.                 break
  54.         except:
  55.             # 发送和接收消息时出现异常，可能是客户端关闭了连接
  56.             print('发送和接收消息时出现异常，可能是客户端关闭了连接')
  57.             break
  58.  
  59.     # 移除客户端连接
  60.     print('用户:{}已离线'.format(uid))
  61.     del clients[uid]
  62.  
  63.  
  64.     # 关闭客户端连接
  65.     client_socket.close()
  66.  
  67. if __name__ == '__main__':
  68.     print(f'Server listening on {HOST}:{PORT}')
  69.  
  70.     while True:
  71.         client_socket, client_address = server_socket.accept()
  72.         print(f'{client_address[0]}:{client_address[1]} connected')
  73.  
  74.         # 生成客户端 UID，并存储客户端的 socket 对象和 UID 的映射关系
  75.         thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(client_socket, client_address))
  76.         thread.daemon = True
  77.         thread.start()

(2) 客户端1(client1.py)

  1. import socket
  2. import threading
  3. import uuid
  4. import json
  5.  
  6. HOST = '127.0.0.1'
  7. PORT = 8888
  8.  
  9. # 随机生成一个唯一 ID
  10. UID = str(uuid.uuid4())
  11. # 创建一个 TCP 协议的套接字对象
  12. client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  13. # 连接指定主机和端口
  14. client_socket.connect((HOST, PORT))
  15.  
  16. # 将UID发送给服务端
  17. client_socket.sendall(UID.encode('utf-8'))
  18.  
  19.  
  20. def receive_message():
  21.     while True:
  22.         data = client_socket.recv(1024)
  23.         if data:
  24.             # 解析消息
  25.             msg_dict = json.loads(data.decode('utf-8'))
  26.             if 'sender_id' in msg_dict:
  27.                 sender_id = msg_dict['sender_id']
  28.                 message = msg_dict['message']
  29.                 print(f"{sender_id}: {message}")
  30.             elif 'error' in msg_dict:
  31.                 error = msg_dict['error']
  32.                 print(f"Error: {error}")
  33.  
  34.         else:
  35.             # 服务端关闭了连接
  36.             print('服务器已下线...')
  37.             break
  38.  
  39.     # 关闭客户端连接
  40.     client_socket.close()
  41.  
  42.  
  43. def send_message(receiver_id):
  44.     while True:
  45.         message = input()
  46.  
  47.         # 构造消息字典
  48.         msg_dict = {
  49.             'sender_id': UID,
  50.             'receiver_id': receiver_id,
  51.             'message': message
  52.         }
  53.  
  54.         # 将消息字典序列化为JSON格式字符串
  55.         json_str = json.dumps(msg_dict)
  56.  
  57.         # 将消息发送给服务端
  58.         client_socket.sendall(json_str.encode('utf-8'))
  59.  
  60.  
  61. if __name__ == '__main__':
  62.     print(f'你的ID: {UID}')
  63.     receiver_id = input('输入对方的ID接收对方消息或者输入"all"接收广播消息: ')
  64.  
  65.     # 启动接收消息的线程
  66.     t1 = threading.Thread(target=receive_message)
  67.     t1.daemon = True
  68.     t1.start()
  69.  
  70.     # 启动发送消息的线程
  71.     t2 = threading.Thread(target=send_message, args=(receiver_id,))
  72.     t2.daemon = True
  73.     t2.start()
  74.  
  75.     # 等待发送线程结束，结束接收线程
  76.     t2.join()
  77.     t1.join()

(3) 客户端2(client2.py)

  1. import socket
  2. import threading
  3. import uuid
  4. import json
  5.  
  6. HOST = '127.0.0.1'
  7. PORT = 8888
  8.  
  9. # 随机生成一个唯一 ID
  10. UID = str(uuid.uuid4())
  11. # 创建一个 TCP 协议的套接字对象
  12. client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  13. # 连接指定主机和端口
  14. client_socket.connect((HOST, PORT))
  15.  
  16. # 将UID发送给服务端
  17. client_socket.sendall(UID.encode('utf-8'))
  18.  
  19.  
  20. def receive_message():
  21.     while True:
  22.         data = client_socket.recv(1024)
  23.         if data:
  24.             # 解析消息
  25.             msg_dict = json.loads(data.decode('utf-8'))
  26.             if 'sender_id' in msg_dict:
  27.                 sender_id = msg_dict['sender_id']
  28.                 message = msg_dict['message']
  29.                 print(f"{sender_id}: {message}")
  30.             elif 'error' in msg_dict:
  31.                 error = msg_dict['error']
  32.                 print(f"Error: {error}")
  33.  
  34.         else:
  35.             # 服务端关闭了连接
  36.             print('服务器已下线...')
  37.             break
  38.  
  39.     # 关闭客户端连接
  40.     client_socket.close()
  41.  
  42.  
  43. def send_message(receiver_id):
  44.     while True:
  45.         message = input()
  46.  
  47.         # 构造消息字典
  48.         msg_dict = {
  49.             'sender_id': UID,
  50.             'receiver_id': receiver_id,
  51.             'message': message
  52.         }
  53.  
  54.         # 将消息字典序列化为JSON格式字符串
  55.         json_str = json.dumps(msg_dict)
  56.  
  57.         # 将消息发送给服务端
  58.         client_socket.sendall(json_str.encode('utf-8'))
  59.  
  60.  
  61. if __name__ == '__main__':
  62.     print(f'你的ID: {UID}')
  63.     receiver_id = input('输入对方的ID接收对方消息或者输入"all"接收广播消息: ')
  64.  
  65.     # 启动接收消息的线程
  66.     t1 = threading.Thread(target=receive_message)
  67.     t1.daemon = True
  68.     t1.start()
  69.  
  70.     # 启动发送消息的线程
  71.     t2 = threading.Thread(target=send_message, args=(receiver_id,))
  72.     t2.daemon = True
  73.     t2.start()
  74.  
  75.     # 等待发送线程结束，结束接收线程
  76.     t2.join()
  77.     t1.join()

4.系统功能演示

(1)启动服务端和客户端

注意事项：需要需要先启动服务端 

(2) 通信功能

client1输入clent2的ID，在client2里输入clent1的ID，然后就可以开始通信了！

 

 5.总结

        这里提供了一个简单的实现使用python的socket库实现网络通信功能。后续会对这个程序做到进一步扩展！

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