简单的客户端服务器

一个简单的客户端 服务器模型是网络编程中的基础架构，在这个模型中，服务器负责监听来自网络的连接请求，而客户端则主动发起连接到服务器，并进行数据交互，以下将分别介绍基于 Python 使用 socket 库实现该模型的具体步骤。

服务器端实现

导入必要模块

import socket

需要导入 Python 自带的 socket 模块来创建套接字对象,它是进行网络通信的基础。

创建套接字

# 创建一个 IPv4（AF_INET）、TCP（SOCK_STREAM）类型的套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

这里指定了使用 IPv4 地址族和面向连接的 TCP 协议，TCP 提供可靠的、有序的数据传输服务,适合大多数应用场景。

绑定地址和端口

host = 'localhost'   # 可以使用本机回环地址，也可以设置为具体的 IP 地址或域名
port = 12345         # 选择一个未被占用的端口号
server_socket.bind((host, port))

将创建好的套接字绑定到一个特定的地址（主机名或 IP）和端口上，这样当有客户端尝试连接到这个地址和端口时,操作系统就知道应该把数据交给我们的程序处理。

开始监听连接请求

backlog = 5          # 同时能挂起的最大连接数
server_socket.listen(backlog)
print(f"服务器已启动，正在监听 {host}:{port}...")

调用 listen() 方法使套接字处于被动监听状态，参数 backlog 表示允许排队等待处理的最大连接数量,服务器准备好接收客户端的连接请求。

接受客户端连接并处理数据

while True:
    # 阻塞等待客户端连接，返回一个新的套接字用于与该客户端通信以及客户端的信息
    client_socket, client_address = server_socket.accept()
    print(f"收到来自 {client_address} 的连接")
    try:
        while True:
            # 接收客户端发送的数据，缓冲区大小设为 1024 字节
            data = client_socket.recv(1024)
            if not data:
                break  # 如果接收到空数据，表示客户端关闭了连接
            print(f"从 {client_address} 接收到消息: {data.decode('utf-8')}")
            # 将接收到的数据原样返回给客户端（回声服务）
            client_socket.sendall(data)
    finally:
        # 确保无论如何都会关闭与客户端的连接
        client_socket.close()
        print(f"与 {client_address} 的连接已关闭")

在一个无限循环中不断调用 accept() 方法等待新的客户端连接，一旦有客户端连接上来，就进入内层循环接收其发送的数据，使用 recv() 方法读取客户端发来的消息，并用 sendall() 方法将相同的数据回传给客户端作为响应，当检测到客户端发送了空数据（通常意味着客户端正常关闭连接），则跳出内层循环,关闭与该客户端的连接。

关闭服务器套接字（一般不会执行到这里，除非手动终止程序）

server_socket.close()

在程序结束时，记得关闭服务器端的套接字以释放资源，不过在实际运行过程中，通常是通过外部信号（如键盘中断）来终止程序运行。

客户端实现

导入必要模块

import socket

同样需要导入 socket 模块来进行网络通信相关的操作。

创建套接字

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

创建一个新的套接字对象,用于与服务器建立连接并进行数据传输。

连接到服务器

server_host = 'localhost'   # 要连接的服务器主机名或 IP 地址
server_port = 12345        # 对应的端口号必须与服务器端一致
client_socket.connect((server_host, server_port))
print(f"已成功连接到服务器 {server_host}:{server_port}")

使用 connect() 方法向指定的服务器地址和端口发起连接请求，如果连接成功，就可以开始发送和接收数据了；若失败则会抛出异常。

发送数据并接收响应

message = input("请输入要发送的消息（输入 q 退出）：")
while message != 'q':
    # 将用户输入的字符串编码为字节流后发送给服务器
    client_socket.sendall(message.encode('utf-8'))
    # 接收服务器返回的数据并解码为字符串显示出来
    response = client_socket.recv(1024)
    print(f"服务器回复: {response.decode('utf-8')}")
    message = input("请输入要发送的消息（输入 q 退出）：")

用户可以在控制台输入任意文本消息，程序将其编码成字节流通过网络发送给服务器，然后等待服务器的响应，将收到的字节流解码回字符串并打印出来，当用户输入 ‘q’ 时，循环结束,程序准备退出。

关闭客户端套接字

client_socket.close()

在完成所有通信后,关闭客户端的套接字以释放系统资源。

运行示例

1. 先启动服务器端程序：运行上述服务器端代码所在的脚本文件，你会看到类似如下输出表示服务器已经准备就绪：

    服务器已启动，正在监听 localhost:12345...

2. 再启动客户端程序：运行客户端代码所在的脚本文件，按照提示输入消息进行交互。

    已成功连接到服务器 localhost:12345
    请输入要发送的消息（输入 q 退出）：Hello Server!
    服务器回复: Hello Server!
    请输入要发送的消息（输入 q 退出）：How are you?
    服务器回复: How are you?
    请输入要发送的消息（输入 q 退出）：q

3. 观察服务器端日志：在服务器端可以看到相应的连接信息和数据处理记录，如：

    收到来自 ('127.0.0.1', 54321) 的连接
    从 ('127.0.0.1', 54321) 接收到消息: Hello Server!
    从 ('127.0.0.1', 54321) 接收到消息: How are you?
    与 ('127.0.0.1', 54321) 的连接已关闭

相关问题与解答

问题 1：为什么选择 TCP 而不是 UDP？

解答：TCP（传输控制协议）是一种面向连接、可靠的传输协议，它保证了数据包的顺序性和完整性，通过确认机制、重传机制等确保数据能够准确无误地到达目的地，在本示例中，我们希望实现一个简单的交互式应用，需要保证消息的顺序和可靠传输，所以选择 TCP，而 UDP（用户数据报协议）是无连接的不可靠协议，虽然传输速度快但无法保证数据的可靠性和顺序性，适用于对实时性要求较高但对数据准确性要求较低的场景，如视频直播、在线游戏等。

问题 2：如何修改代码以支持多个客户端同时连接？

解答：目前我们的服务器端代码一次只能处理一个客户端连接，要支持多个客户端同时连接，可以使用多线程或多进程技术，在使用多线程的情况下，每当有新的客户端连接时，为其创建一个新的线程来专门处理该客户端的通信任务，这样主线程可以继续监听新的连接请求,以下是简单的思路伪代码：

import threading
def handle_client(client_socket, client_address):
    # 原来的处理单个客户端的逻辑放在这里
    ...
while True:
    client_socket, client_address = server_socket.accept()
    # 为每个新连接创建一个新线程进行处理
    thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(client_socket, client_address))
    thread.start()

通过这种方式，服务器就能够同时处理多个客户端的连接和请求了，不过需要注意的是，多线程编程涉及到资源共享和同步等问题，需要谨慎处理