今日學習內容總結

      昨日我們學習了網路程式設計，對軟體開發結構有了一個明確的瞭解。並且知道了計算機的生產過程中都必須有的相同功能，OSI七層協議，也可以總結成五層。而今天的主要學習內容就是通過程式碼，實現客戶端與伺服器的資訊互動。

socket

socket套接字簡介

      什麼是套接字？套接字就是網路間進行通訊的方式的名稱，行內人一般都稱之為套接字通訊。比如說HTTP協議，需要具體的程式設計去實現，或者現在我們做前後端分離專案的時候需要遵循RESTful協議，那麼實現此協議的方法就是RESTful API。那麼傳輸層的兩種傳輸服務分別遵循了TCP、UDP協議，實現這兩種協議的方法就是套接字。

      套接字的表示方法：

  1.套接字Socket=（IP地址：埠號），套接字的表示方法是點分十進位制的lP地址後面寫上埠號，中間用冒號或逗號隔開。
  2.每一個傳輸層連線唯一地被通訊兩端的兩個端點（即兩個套接字）所確定。例如：如果IP地址192.168.0.1，而埠號是23，那麼得到套接字就是(192.168.0.1:23)

      套接字工作流程

      1.通過網際網路進行通訊，至少需要一對套接字，其中一個運行於客戶端，我們稱之為 Client Socket，另一個運行於伺服器端，我們稱之為 Server Socket。

      2.根據連線啟動的方式以及本地套接字要連線的目標，套接字之間的連線過程可以分為三個步驟:

  1.伺服器監聽：指伺服器端套接字並不定位具體的客戶端套接字，而是處於等待連線的狀態，實時監控網路狀態。
  2.客戶端請求：指由客戶端的套接字提出連線請求，要連線的目標是伺服器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須首先描述它要連線的伺服器的套接字，指出伺服器端套接字的地址和埠號，然後就向伺服器端接字提出連線請求。
  3.連線確認：當伺服器端套接字監聽到或者說接收到客戶端套接字的連線請求，就會響應客戶端套接字的請求，建立一個新的執行緒，並把伺服器端套接字的描述傳送給客戶端。一旦客戶端確認了此描述，連線就建立好了。而伺服器端套接字繼續處於監聽狀態，接收其他客戶端套接字的連線請求。

      我們今天的學習內容是要編寫一個cs架構的程式，實現資料的互動。由於操作OSI七層是所有cs架構的程式都需要經歷的過程，所以有固定的模組。這個模組就是socket模組。

socket模組

      socket模組的基本用法：

服務端

  import socket

  server = socket.socket()  # 建立例項

  server.bind(('127.0.0.1', 8080))  # 繫結監聽
  """
  服務端應該具備的特徵
      固定的地址
      ...  
  127.0.0.1是計算機的本地迴環地址 只有當前計算機本身可以訪問
  """
  server.listen(5)  # 監聽
  """
  半連線池(暫且忽略 先直接寫 後面講)
  """
  sock, addr = server.accept()  # 獲取從客戶端發過來的資料  沒有資料就原地等待(程式阻塞)
  """
  listen和accept對應TCP三次握手服務端的兩個狀態
  """
  print(addr)  # 客戶端的地址
  data = sock.recv(1024)  # recv就是接收資料 用一個最大位元組數來作為引數，如果不確定，使用1024比較好
  print(data.decode('utf8'))  
  sock.send('你好啊'.encode('utf8'))  # send傳送資料，用字串作為引數
  """
  recv和send接收和傳送的都是bytes型別的資料
  """
  sock.close()  # 主動關閉連線
  server.close()  # 關機

      這段程式碼的意思是開啟一個socket服務，客戶端傳送過來訊息後。經過服務端的處理後。再返回給客戶端，然後斷開連線。接下來看客戶端的程式碼。

客戶端

  import socket

  client = socket.socket()  # 建立一個socket物件
  client.connect(('127.0.0.1', 8080))  # 根據服務端的地址連結

  client.send(b'hello sweet heart!!!')  # 給服務端傳送訊息
  data = client.recv(1024)  # 接收服務端回覆的訊息
  print(data.decode('utf8'))

  client.close()  # 關閉客戶端

      客戶端的程式碼的意思是，開啟連線，連線到指定埠，使用者輸入資料傳送到服務端，然後接受服務端返回的資料。最後再關閉這個連線。

      這樣，我們就簡單的實現了一個客戶端與服務端的首次互動了，雖然只能互動一次就結束。所以接下來的通訊迴圈就是實現服務端與客戶端的連續訊息傳送了。

通訊迴圈

迴圈通訊的實現

      上面兩個檔案最後都關閉了連線，我們怎麼保持訊息的連續傳送呢？僅僅是不做關閉就可以了嗎？答案是不行。我們怎麼實現一次連線，就可以持續傳送呢，我們可以在一次連線成功後做一個while true的迴圈，這樣我們就可以持續傳送訊息了。下面是對程式碼的進一步改寫。

服務端

  import socket

  server = socket.socket()  # 建立例項

  server.bind(('127.0.0.1', 8080))  # 繫結監聽
  """
  服務端應該具備的特徵
      固定的地址
      ...  
  127.0.0.1是計算機的本地迴環地址 只有當前計算機本身可以訪問
  """
  server.listen(5)  # 監聽
  """
  半連線池(暫且忽略 先直接寫 後面講)
  """
  sock, addr = server.accept()  # 獲取從客戶端發過來的資料  沒有資料就原地等待(程式阻塞)
  """
  listen和accept對應TCP三次握手服務端的兩個狀態
  """
  print(addr)  # 客戶端的地址
  
  while True:
    data = sock.recv(1024)  # recv就是接收資料 用一個最大位元組數來作為引數，如果不確定，使用1024比較好
    print(data.decode('utf8'))  
    msg = input('請回復訊息>>>:').strip()
    sock.send(msg.encode('utf8'))  # send傳送資料，用字串作為引數
  """
  recv和send接收和傳送的都是bytes型別的資料
  """
  sock.close()  # 主動關閉連線
  server.close()  # 關機

客戶端

  import socket

  client = socket.socket()  # 建立一個socket物件
  client.connect(('127.0.0.1', 8080))  # 根據服務端的地址連結

  while True:
    msg = input('請輸入你需要傳送的訊息>>>:').strip()
    client.send(msg.encode('utf8'))  # 給服務端傳送訊息
    data = client.recv(1024)  # 接收服務端回覆的訊息
    print(data.decode('utf8'))

  client.close()  # 關閉客戶端

迴圈通訊的程式碼優化及連線迴圈

      優化問題：

  1.傳送訊息不能為空
  2.反覆重啟服務端可能會報錯
  3.連線迴圈：
      1.如果是windows 客戶端異常退出之後服務端會直接報錯
      2.如果是mac或linux 服務端會接收到一個空訊息

      優化方式：

  1.統計長度並判斷即可
  2.在bind前加  from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
               server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) 
  3.1 用異常處理解決
  3.2用len判斷

      目前我們的服務端只能實現一次服務一個人，不能做到同事服務多個 ，學了併發才可以實現。

半連線池

      當伺服器在響應了客戶端的第一次請求後會進入等待狀態，會等客戶端傳送的ack資訊，這時候這個連線就稱之為半連線。而半連線池其實就是一個容器，系統會自動將半連線放入這個容器中，可以避免半連線過多而保證資源耗光。所以我們的半連線池可以設定最大等待人數。節約資源，提高效率。

      寫法：listen(3) 。引數可以設定最大的半連線數，最大3個.

黏包問題

       TCP作為常用的網路傳輸協議，資料流解析是網路應用開發人員永遠繞不開的一個問題。TCP資料傳輸是以無邊界的資料流傳輸形式，所謂無邊界是指資料傳送端傳送的位元組數，在資料接收端接受時並不一定等於傳送的位元組數，可能會出現粘包情況。

TCP黏包情況：

      1. 傳送端傳送了數量比較大的資料，接收端讀取資料時候資料分批到達，造成一次傳送多次讀取；通常網路路由的快取大小有關係，一個數據段大小超過快取大小，那麼就要拆包傳送。

      2. 傳送端傳送了幾次資料，接收端一次性讀取了所有資料，造成多次傳送一次讀取；通常是網路流量優化，把多個小的資料段集滿達到一定的資料量，從而減少網路鏈路中的傳輸次數。