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十天学会Python——第9天：多任务编程与网络编程

时间：2024-07-20 09:27:49浏览次数：17  
标签：__ socket Python 编程 tcp 线程 进程 多任务 客户端

1 进程与线程

1.1 多进程基础

  • 并发：一段时间内交替执行多个任务（任务数量大于CPU核心数）
  • **并行 **：一段时间内同时一起执行多个任务（任务数量小于或等于CPU核心数）
  • 进程：资源分配的最小单位，操作系统进行资源分配和调度运行的基本单位，一个正在运行的程序就是一个进程

进程的创建步骤

1 导入进程包：import multiprocessing

2 通过进程类创建进程对象：进程对象 = multiprocessing.Process(target=任务名)

3 启动进程执行任务：进程对象.start()

import multiprocessing
import time
def coding():
    for i in range(3):
        print('coding...')
        time.sleep(0.2)
def music():
    for i in range(3):
        prin('music...')
        time.sleep(0.2)
        
if  __name__ == '__mian___':
    # 通过进程类创建对象
    coding_process = multiprocessing.Process(target=coding)
    music_process = multiprocessing.Process(target=music)
    # 启动进程
    coding_process.start()
    music_process.start()

进程执行带参数的任务

参数名说明
args以元祖的方式执行任务传参
kwargs以字典的方式执行任务传参

进程执行带有参数的任务传参有两种方式：

1 元组方式传参 ：元组方式传参一定要和参数的顺序保持一致

2 字典方式传参：字典方式传参字典中的key一定要和参数名保持一致

# 通过进程类创建对象(带参数)
coding_process = multiprocessing.Process(target=coding,args=(3,))
music_process = multiprocessing.Process(target=music,kwargs={"count",2})
# 启动进程
coding_process.start()
music_process.start()

获取进程编号

1 获取当前进程编号：getpid( )方法

2 获取当前父进程编号：getppid( )方法

import os
def work():
    print('work进程编号：',os.getpid())
    print('work父进程编号：',os.getppid())

注意：进程之间不共享全局变量

import multiprocessing
import time
my_lst = []		# 创建全局变量
def writedata():
    for i in range(3):
        my_list.append(i)
    print('write_date:',my_list)
def read_data():
    print('read_data:',my_list)
    
if __name__ == '__main__':
    # 创建进程
    write_processs = multiprocessing.Procss(target=write_data)
    read_process = multiprocessing.Process(target= read_data)
    # 启动进程
    write_process.start()
    time.sleep(1)
    read_process.start()

主进程与子进程的结束顺序

1 主进程会等待所有的子进程执行结束后再结束

2 设置守护主进程：主进程退出后子进程直接销毁，不在执行子进程中的代码，子进程对象.daemon = True

3 销毁子进程：主进程退出之前把所有的子进程直接销毁，子进程对象.terminate()

import multiprocessing
import time
def work():
    for i in range(10):
        print('子进程工作中:')
        
if __name__ == '__main__':
    # 创建进程
    work_processs = multiprocessing.Procss(target=work)
   
    work_process.daemon = True	 # 方法1：设置守护主进程
    
    wrork_process.start()
    time.sleep(1)
    
    work_process.termnate()		# 方法2：销毁子进程，主进程退出之前把所有的子进程直接销毁
    
    print('主进程执行完了！')

1.2 多线程基础

线程：程序执行的最小单位，一个进程中最少有一个线程来负责执行程序，同一个进程中的多个线程共享进程所拥有的全部资源

线程的创建步骤

1 导入线程模块：import thrading

2 通过线程类创建线程对象：线程对象 = threading.Thread(target=任务名)

3 启动进程执行任务：进程对象.start()

import threading
import time
def coding():
    for i in range(3):
        print('coding...')
        time.sleep(0.2)
def music():
    for i in range(3):
        prin('music...')
        time.sleep(0.2)
        
if  __name__ == '__mian___':
    # 通过线程类创建对象
    coding_thread = threading.Thread(target=coding)
    music_thread = threading.Thread(target=music)
    # 启动线程
    coding_thread.start()
    music_thread.start()

注意：

1 线程执行带参数的任务，与进程相同

2 主线程会等待所有的子线程执行结束后主线程再结束，

  • 设置守护主线程：threading.Thread(target=work,daemon=True)
  • 销毁子线程：子线程对象.setDaemon(Ture)
if __name__ == '__main__':
    # 创建线程
    # 方法1：设置守护主线程
    work_thread = threading.Thread(target=work,daemn=Ture)
   
    # 启动线程
    work_thrad.setDeamon(Ture)		# 方法2：销毁子线程
    wrork_streads.start()
    
    time.sleep(1)
    print('主线程执行完了！')

3 线程之间执行是无序的

  • 通过current_thread方法获取线程对象：current _thread = threading.current_thread()
  • 通过current_thread对象可以知道线程的相关信息（如线程创建的顺序）：print(current_thread)

4 多个线程在同一个进程中，线程之间共享全局变量

5 多线程同时操作全局变量时，会导致数据出现错误，可以用线程同步（互斥锁）方式解决问题

互斥锁：对共享数据进行锁定，保证同一时刻只有一个线程去操作，多个线程同时抢互斥锁，没有抢到的线程需等待到其他线程释放之后再去抢这个锁

互斥锁的使用：

1 互斥锁的创建：mutex = threading.Lock()

2 上锁：mutex.acquire()

3 释放锁：mutex.release()

import threading
g_num = 0

def sum_num1():
    mutex.acquire()		# 上锁
    for i in range(10000):
        global g_num
        g_num += 1
    mutex.release()		# 解锁
    print('g_num1:',g_num)
    
def sum_num2():
    mutex.acquire()		# 上锁
    for i in range(10000):
        global g_num
        g_num += 1
    mutex.release()		# 解锁
    print('g_num2:',g_num)

if __name__ = "__main__":
    # 创建互斥锁
    mutex = threading.Lock()
    
    sum1_thread = threading.Thread(target=sum_num1)
    sum2_thread = threading.Thread(target=sum_num2)
    
    sum1_thread.start()
    sum2_thread.start()

死锁：一直等待对方释放锁的情景就是死锁

进程与线程的对比

1 线程是依附在进程里面的，没有进程就没有线程

2 一个进程默认提供一条线程，进程可以创建多个线程

3 进程之间不能共享全局变量，但是线程之间可以

4 进程是操作系统资源分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位

5 进程可以使用多核，但是资源开销大，线程相反

2 网络编程

2.1 网络编程基础

网络：实现资源共享和信息传递的虚拟平台

socket：程序键网络数据通信的工具

IP地址：网络设备上网使用的数字标签，能够标识网络中唯一的一台设备

IP地址分为IPv4和IPv6两类，IPv4是目前使用的ip地址，IPv6是未来使用的ip地址

命令名说明
ifconfig查看网卡信息
ping检查网络是否正常

端口：传输数据的通道，每一个端口都有一个对应的端口号，端口号有65536个

1 知名端口号：众所周知的端口号（0-1023），21端口号分配给FTP文件传输协议服务。25端口号分配给SMTP简单邮件传输协议服务，80端口号分配给HTTP服务

2 动态端口号：程序员开发应用程序使用的端口号（1024-65535）

3 运行一个程序默认会有一个端口号，退出程序时所占用的端口号会被释放

2.2 TCP介绍

TCP：传输控制协议，一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输通信协议

  • 面向连接：通信双方必须先建立好连接才能进行数据的传输，并且双方都会为此连接分配必要资源用来记录连接的状态和信息
  • 可靠传输：TCP采用发送应答机制、超时重传、错误校验、流量控制和阻塞管理

数据的编码转化

  • encode：编码，将字符串转化为字节码，str.encode(encoding=“utf-8”)
  • decode：编码，将字节码转化为字符串，bytes.encode(encoding=“utf-8”)

TCP客户端程序开发

基本步骤：创建客户端套接字对象(买电话)——和服务端套接字建立连接(打电话)——发送数据(说话)——接收数据(接听)——关闭客户端套接字(挂电话)

在这里插入图片描述

客户端程序开发步骤：

  • 导入socket模块（import socket)——创建客户端socket对象是用socket类（socket.socket(AddressFamily,Type)）
  • AddressFamily指代的是IP地址类型，Type指代的是传输协议类型
  • connect(和服务端套接字建立连接)、send(发送数据)、recv(接收数据)、close(关闭连接)
import socket

if __name__ == '__main__':
    # 1 创建客户端套接字对象
    tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    # 2 和服务端套接字建立连接
    tcp_client_socket.connect(("192.168.81.283",8080))	# 此处输入要连接的ip地址
    # 3 发送数据
    tcp_client_socket.send("nihao".encode(encoding="utf-8"))
    # 4 接收数 recv 阻塞等待数据的到来
    rec_data = tcp_client_socket.recv(1024)
    print(recv_data.decode())
    # 5 关闭客户端套接字
    tcp_client_socket.close()

TCP服务端程序开发

基本步骤：创建服务端端套接字对象——绑定IP地址和端口号——设置监听——等待接受客户端的连接请求
——接收数据——发送数据——关闭套接字

服务端程序开发步骤：

  • 导入socket模块（import socket)——创建客户端socket对象是用socket类（socket.socket(AddressFamily,Type)）
  • AddressFamily指代的是IP地址类型，Type指代的是传输协议类型
  • bind(绑定IP地址和端口号)、listen(设置监听)、accept(等待客户的连接请求)、recv(接收数据)、close(关闭连接)
import socket

if __name__ == '__main__':
    # 1 创建服务端套接字对象
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    # 设置端口复用,放置误认为端口号占用
    tcp_sercer_socket = socket.socket(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,True)
    # 2 绑定IP地址和端口号
    # tcp_server_socket.bind(("192.168.81.283",8888))
    tcp_server_socket.bind(("",8888))	# 第一个元素为空，默认本机IP地址
    # 3 设置监听 128：代表服务端等待排队链接的最大数量
    tcp_server_socket.listen(128)	# 第一个元素为空，默认本机IP地址
    # 4 等待客户端的连接请求 accept阻塞等待 返回一个用以和客户端通信的socket，客户端的地址
    conn_socket,ip_port = tcp_server_socket.accept()
    print('客户端地址：',ip_port)
    # 5 接收数 recv 阻塞等待数据的到来
    rec_data = conn_socket.recv(1024)
    print('接受的数据：',recv_data.decode())
    # 6 发送数据
    conn_socket.send("客户端，你的数据我收到了".encode(encoding="utf-8"))
    # 7 关闭套接字
    conn_socket.close()
    tcp_server_socket.close()

注意：

1 send：发数据必须得通过网卡发送数据，应用程序是无法直接通过网卡发送数据的，它需要调用操作系统接口，也就是说，应用程序把发送的数据先写入到发送缓冲区(内存中的一片空间)，再由操作系统控制网卡把发送缓冲区的数据发送给服务端网卡

2 recv：应用软件是无法直接通过网卡接收数据的，它需要调用操作系统接口，由操作系统通过网卡接收数据，把接收的数据写入到接收缓冲区(内存中的一片空间)，应用程序再从接收缓存区获取客户端发送的数据

在这里插入图片描述

3 服务端服务多个客户端：listen之后加上while true循环，但是注意不要关闭服务端tcp_server_socket

while True:
    # 4 等待客户端的连接请求 accept阻塞等待 返回一个用以和客户端通信的socket，客户端的地址
    conn_socket,ip_port = tcp_server_socket.accept()
    print('客户端地址：',ip_port)
    # 5 接收数 recv 阻塞等待数据的到来
    rec_data = conn_socket.recv(1024)
    print('接受的数据：',recv_data.decode())
    # 6 发送数据
    conn_socket.send("客户端，你的数据我收到了".encode(encoding="utf-8"))
    # 7 关闭套接字
    conn_socket.close()
tcp_server_socket.close()

4 服务端同时服务多个客户端：当客户端和服务端建立连接成功，创建子线程，使用子线程专门处理客户端的请求，防止主线程阻塞

在这里插入图片描述

import socket
import threading

# 处理客户端函数
def handle_client(conn_socket):
    # 5 接收数 recv 阻塞等待数据的到来
        rec_data = conn_socket.recv(1024)
        print('接受的数据：',recv_data.decode())
        # 6 发送数据
        conn_socket.send("客户端，你的数据我收到了".encode(encoding="utf-8"))
        # 7 关闭套接字
        conn_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    # 1 创建服务端套接字对象
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    # 设置端口复用,放置误认为端口号占用
    tcp_sercer_socket = socket.socket(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,True)
    # 2 绑定IP地址和端口号
    # tcp_server_socket.bind(("192.168.81.283",8888))
    tcp_server_socket.bind(("",8888))	# 第一个元素为空，默认本机IP地址
    # 3 设置监听 128：代表服务端等待排队链接的最大数量
    tcp_server_socket.listen(128)	# 第一个元素为空，默认本机IP地址
    
    while True:
    	# 4 等待客户端的连接请求 accept阻塞等待 返回一个用以和客户端通信的socket，客户端的地址
        conn_socket,ip_port = tcp_server_socket.accept()
        print('客户端地址：',ip_port)
        
        # 使用多线程去接收多个客户的请求
        sub_thread = threding.Thread(target=handle_client,args=(conn_socket),)	# 注意需要将参数传入处理客户端函数
        sub_thread.start()
        
    tcp_server_socket.close()

2.3 HTTP协议

网址：URL，统一资源定位符（协议+域名+资源路径+可选参数）

在这里插入图片描述

域名：IP地址的别名，它是用点进行分割使用英文字母和数字组成的名字，使用域名目的就是方便的记住某台主机IP地址

在这里插入图片描述

参数说明：？后面page表示第一个参数，后面的参数都是用 & 进行连接

http协议：超文本传输协议，规定浏览器和web服务器之间通讯的数据格式

  • 超文本是指在文本数据的基础上还包括非文本数据，而这些非文本数据会使用链接的方式进行加载显示（超文本就是带有链接的文本数据，也就是我们常说的网页数据）
  • 传输HTTP协议格式的数据是基于TCP传输协议的，发送数据之前需要先建立连接。TCP传输协议是用来保证网络中传输的数据的安全性的，HTTP协议是用来规定这些数据的具体格式的

浏览器访问web服务器的过程

在这里插入图片描述

HTTP请求报文（分为GET和POST两种格式）

GET：获取Web服务器的数据，请求行+请求头+空行

在这里插入图片描述

POST：向Web服务器提交数据，请求行+请求头+空行+请求体

在这里插入图片描述

HTTP响应报文：请求行+请求头+空行+请求体

在这里插入图片描述

状态码：表示Web服务器响应状态的3为数字代码

状态码说明
200服务器已经成功处理了请求
400错误的请求，请求地址或者参数错误
404请求资源在服务器不存在
500服务器内部源代码出现问题

HTTP协议的通讯过程
在这里插入图片描述

标签：__,socket,Python,编程,tcp,线程,进程,多任务,客户端
From： https://blog.csdn.net/RunningJie/article/details/140565643

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