58. TCP/UDP 网络编程

网络编程听起来高大上，本质就是两台电脑通过网络「打电话」。Python 把底层复杂的网络协议封装成了 socket 模块，你只需要几十行代码就能让两台机器聊起来。

Socket 是什么

Socket（套接字）是操作系统提供的网络通信接口。你可以把它想象成电话机的插孔：一边是程序，一边是网络。通过 socket，程序可以发送和接收数据。

创建 socket 需要指定三个要素：

• 地址族：AF_INET 表示 IPv4，AF_INET6 表示 IPv6。
• 协议类型：SOCK_STREAM 表示 TCP，SOCK_DGRAM 表示 UDP。
• 协议编号：通常填 0，让系统自动选择。

import socket

# TCP socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

TCP 客户端

TCP 是面向连接的可靠协议，适合传输文件、网页等不容丢数据的场景。客户端的角色是主动发起连接。

下面这段代码访问百度首页，把响应保存到本地：

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('www.baidu.com', 80))

request = b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.baidu.com\r\nConnection: close\r\n\r\n'
s.send(request)

buffer = []
while True:
    d = s.recv(1024)
    if d:
        buffer.append(d)
    else:
        break

data = b''.join(buffer)
s.close()

header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)
print(header.decode('utf-8'))
with open('baidu.html', 'wb') as f:
    f.write(html)

代码拆解：

1. connect((host, port)) 建立 TCP 连接，参数是元组。
2. send() 发送字节流，HTTP 请求必须是字节串。
3. recv(1024) 每次最多收 1024 字节，循环直到收完。
4. close() 关闭连接，释放资源。

TCP 服务端

服务端需要绑定一个端口并监听连接。每来一个客户端，就创建新的 socket 专门跟它通信。

import socket
import threading

def handle_client(sock, addr):
    print(f"接受连接: {addr}")
    sock.send(b"Welcome!\n")
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        if not data or data.decode('utf-8').strip() == 'exit':
            break
        sock.send(f"Echo: {data.decode('utf-8')}".encode('utf-8'))
    sock.close()
    print(f"连接关闭: {addr}")

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('127.0.0.1', 9999))
s.listen(5)
print("等待连接...")

while True:
    sock, addr = s.accept()
    t = threading.Thread(target=handle_client, args=(sock, addr))
    t.start()

关键点：

• bind() 绑定本机地址和端口。127.0.0.1 只接受本机连接，0.0.0.0 接受所有网卡。
• listen(5) 设置等待队列长度，最多允许 5 个连接排队。
• accept() 阻塞等待客户端，返回新的 socket 和客户端地址。
• 每个连接开一个新线程处理，否则服务端一次只能服务一个客户端。

UDP 编程

UDP 不建立连接，直接发数据包，不保证送达，但速度更快。视频直播、DNS 查询、在线游戏常用 UDP。

服务端：

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind(('127.0.0.1', 9999))
print("等待 UDP 消息...")

while True:
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print(f"来自 {addr}: {data.decode('utf-8')}")
    s.sendto(b"Received: " + data, addr)

客户端：

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
for msg in [b'Hello', b'World']:
    s.sendto(msg, ('127.0.0.1', 9999))
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.close()

UDP 不需要 connect() 和 listen()，收发用 sendto() 和 recvfrom()，每次都要指定地址。

TCP vs UDP 速查

特性	TCP	UDP
连接	面向连接	无连接
可靠性	保证送达、有序	不保证
速度	较慢（有握手和确认）	较快
适用场景	文件传输、网页浏览	视频流、即时通讯、游戏

小结

• socket.socket() 创建套接字，AF_INET + SOCK_STREAM 是 TCP 标配。
• TCP 客户端用 connect() 发起连接，服务端用 bind() + listen() + accept() 等待连接。
• UDP 更轻量，直接用 sendto() / recvfrom() 收发数据包。
• 生产环境的服务端通常需要多线程或多进程处理并发连接。

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