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Socket 编程

问题​

Python 中如何使用 socket 进行网络编程？TCP 和 UDP 的区别是什么？

答案​

TCP 服务器/客户端​

import socket

# TCP 服务器
def tcp_server(host: str = "127.0.0.1", port: int = 8888):
    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
        s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        s.bind((host, port))
        s.listen(5)
        print(f"Listening on {host}:{port}")

        while True:
            conn, addr = s.accept()
            with conn:
                print(f"Connected: {addr}")
                while True:
                    data = conn.recv(4096)
                    if not data:
                        break
                    conn.sendall(data.upper())  # Echo 回大写

异步 Socket（asyncio）​

import asyncio

async def handle_client(reader: asyncio.StreamReader, writer: asyncio.StreamWriter):
    addr = writer.get_extra_info("peername")
    print(f"Connected: {addr}")

    while True:
        data = await reader.read(4096)
        if not data:
            break
        writer.write(data.upper())
        await writer.drain()

    writer.close()
    await writer.wait_closed()

async def main():
    server = await asyncio.start_server(handle_client, "127.0.0.1", 8888)
    async with server:
        await server.serve_forever()

asyncio.run(main())

TCP 粘包处理​

TCP 是字节流协议，没有消息边界。常用方案：

import struct

# 方案：长度前缀（4 字节表示消息长度）
def send_message(sock: socket.socket, data: bytes):
    length = struct.pack("!I", len(data))  # 大端 4 字节无符号整数
    sock.sendall(length + data)

def recv_message(sock: socket.socket) -> bytes:
    # 先读 4 字节长度
    raw_length = recv_exact(sock, 4)
    length = struct.unpack("!I", raw_length)[0]
    # 再读指定长度的数据
    return recv_exact(sock, length)

def recv_exact(sock: socket.socket, n: int) -> bytes:
    """确保接收到恰好 n 字节"""
    data = bytearray()
    while len(data) < n:
        chunk = sock.recv(n - len(data))
        if not chunk:
            raise ConnectionError("Connection closed")
        data.extend(chunk)
    return bytes(data)

常见面试问题​

Q1: TCP 和 UDP 在 Python 中怎么区分？​

答案：

# TCP：SOCK_STREAM，面向连接，可靠
tcp_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# UDP：SOCK_DGRAM，无连接，不可靠
udp_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
udp_sock.sendto(b"hello", ("127.0.0.1", 9999))
data, addr = udp_sock.recvfrom(4096)

Q2: 为什么需要 SO_REUSEADDR？​

答案：

服务器关闭后，端口会处于 TIME_WAIT 状态（默认 2MSL ≈ 60 秒）。设置 SO_REUSEADDR 允许立即重新绑定该端口，开发环境中几乎必设。

Q3: recv 和 recvfrom 的区别？​

答案：

  • recv(bufsize)：TCP 使用，从已连接的 socket 接收数据
  • recvfrom(bufsize)：UDP 使用，返回 (data, address) 元组，因为 UDP 无连接

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