python-基于tcp协议的套接字（加强版）及粘包问题

一、基于tcp协议的套接字（通信循环+链接循环）

服务端应该遵循：

　　1.绑定一个固定的ip和port

　　2.一直对外提供服务，稳定运行

　　3.能够支持并发

基础版套接字：

from socket import *

server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
server.listen(5)

conn, client_addr = server.accept()

# 通信循环
while True:
    data = conn.recv(1024)
    conn.send(data.upper())

conn.close()
server.close()

from socket import *

client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8080))

# 通信循环
while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    client.send(msg.encode('utf-8'))
    data=client.recv(1024)
    print(data)

client.close()

以上的程序存在两个bug

　　1.当客户端单方面终止程序时，服务端抛出异常（linux可以用判断是否为空来处理）

　　2.recv收到空时，一直在等待。

解决方法：

　　1.异常捕获

　　2.再输入时进行判断

改进版：

from socket import *

server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8082))
server.listen(5)

conn, client_addr = server.accept()
print(client_addr)

# 通信循环
while True:
    try:
        data = conn.recv(1024)
        if len(data) == 0:break # 针对linux系统
        print('-->收到客户端的消息: ',data)
        conn.send(data.upper())
    except ConnectionResetError:
        break

conn.close()
server.close()

from socket import *

client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8081))

# 通信循环
while True:
    msg=input('>>: ').strip() #msg=''
    if len(msg) == 0:continue
    client.send(msg.encode('utf-8')) #client.send(b'')
    # print('has send')
    data=client.recv(1024)
    # print('has recv')
    print(data)

client.close()

链接循环：服务器改进

from socket import *

server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8082))
server.listen(5)

conn, client_addr = server.accept()
print(client_addr)

# 通信循环
while True:
    try:
        data = conn.recv(1024)
        if len(data) == 0:break # 针对linux系统
        print('-->收到客户端的消息: ',data)
        conn.send(data.upper())
    except ConnectionResetError:
        break

conn.close()
server.close()

模拟ssh实现远程执行命令

from socket import *
import subprocess

server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8081))
server.listen(5)

# 链接循环
while True:
    conn, client_addr = server.accept()
    print(client_addr)

    # 通信循环
    while True:
        try:
            cmd = conn.recv(1024) #cmd=b'dir'
            if len(cmd) == 0: break  # 针对linux系统
            obj=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
                             shell=True,
                             stdout=subprocess.PIPE,
                             stderr=subprocess.PIPE
                             )
            stdout=obj.stdout.read()
            stderr=obj.stderr.read()
            print(len(stdout) + len(stderr))
            conn.send(stdout+stderr)
        except ConnectionResetError:
            break

    conn.close()

server.close()

from socket import *

client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8081))

# 通信循环
while True:
    cmd=input('>>: ').strip()
    if len(cmd) == 0:continue
    client.send(cmd.encode('utf-8'))
    cmd_res=client.recv(1024000)
    print(cmd_res.decode('gbk'))

client.close()

recv其实是和本地计算机要数据，所以解码的时候应该用gbk格式

二、粘包

注：只有tcp存在粘包现象，udp永远不存在粘包。

tcp是面向流的协议，发送端可以1k,1k的发送数据，而接收端可以2k，2k的提取数据，发送方往往收集到足够多的数据后才生成一个tcp段，若连续几次需要发送的数据都很少，通常tcp会根据（Nagle）优化算法，把这些数据合成一个TCP段后发出去，这样接收方就收到了粘包数据。

总的来说，粘包问题就是因为接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节造成的。

解决方法：（服务端）为字节流加上一个报头，将这个报头（字典形式）json序列化，编码。然后用struct发送报头的长度，再发送报头，最后发送真实数据

　　　　　（客户端）先解出报头的长度（struct），再接收报头，将拿到的报头解码再反序列化，得到报头字典，最后接收真正的数据

# 服务端必须满足至少三点:
# 1. 绑定一个固定的ip和port
# 2. 一直对外提供服务,稳定运行
# 3. 能够支持并发
from socket import *
import subprocess
import struct
import json

server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8081))
server.listen(5)

# 链接循环
while True:
    conn, client_addr = server.accept()
    print(client_addr)

    # 通信循环
    while True:
        try:
            cmd = conn.recv(1024)  # cmd=b'dir'
            if len(cmd) == 0: break  # 针对linux系统
            obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
                                   shell=True,
                                   stdout=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE
                                   )
            stdout = obj.stdout.read()
            stderr = obj.stderr.read()
            # 1. 先制作报头
            header_dic = {
                'filename': 'a.txt',
                'md5': 'asdfasdf123123x1',
                'total_size': len(stdout) + len(stderr)
            }
            header_json = json.dumps(header_dic)
            header_bytes = header_json.encode('utf-8')

            # 2. 先发送4个bytes(包含报头的长度)
            conn.send(struct.pack('i', len(header_bytes)))
            # 3  再发送报头
            conn.send(header_bytes)

            # 4. 最后发送真实的数据
            conn.send(stdout)
            conn.send(stderr)
        except ConnectionResetError:
            break

    conn.close()

server.close()

from socket import *
import struct
import json

client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8081))

# 通信循环
while True:
    cmd=input('>>: ').strip()
    if len(cmd) == 0:continue
    client.send(cmd.encode('utf-8'))
    #1. 先收4bytes,解出报头的长度
    header_size=struct.unpack('i',client.recv(4))[0]

    #2. 再接收报头,拿到header_dic
    header_bytes=client.recv(header_size)
    header_json=header_bytes.decode('utf-8')
    header_dic=json.loads(header_json)
    print(header_dic)
    total_size=header_dic['total_size']

    #3. 接收真正的数据
    cmd_res=b''
    recv_size=0
    while recv_size < total_size:
        data=client.recv(1024)
        recv_size+=len(data)
        cmd_res+=data

    print(cmd_res.decode('gbk'))

client.close()

补充：struct模块

该模块可以帮一个类型，如数字，转成固定长度的bytes

1、 struct.pack
struct.pack用于将Python的值根据格式符，转换为字符串（因为Python中没有字节(Byte)类型，可以把这里的字符串理解为字节流，或字节数组）。其函数原型为：struct.pack(fmt, v1, v2, ...)，参数fmt是格式字符串，关于格式字符串的相关信息在下面有所介绍。v1, v2, ...表示要转换的python值。

2、 struct.unpack
struct.unpack做的工作刚好与struct.pack相反，用于将字节流转换成python数据类型。它的函数原型为：struct.unpack(fmt, string)，该函数返回一个元组。 

import struct

obj1=struct.pack('i',13321111)
print(obj1,len(obj1))#b'x97Cxcbx00' 4

res1=struct.unpack('i',obj1)
print(res1[0])#13321111