通過編寫聊天程序來熟悉python中多線程及socket的用法

1、引言

Python中提供了豐富的開源庫，方便開發者快速就搭建好自己所需要的應用程序。本文通過編寫基於tcp/ip協議的通信程序來熟悉python中socket以及多線程的使用。

2、python中的多線程以及socket的使用

在編寫聊天程序程序之前，我們先熟悉一下python中多線程以及socket的使用方法。

2.1、多線程使用方法

在python中提供了Thread這個類來實現多線程程序的開發。

Thread類的原型如下：

class Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={})

構造函數能帶有關鍵字參數被調用。這些參數是:

group 應當為 None，為將來實現Python Thread類的擴展而保留。

target 是被 run()方法調用的回調對象. 默認應為None, 意味着沒有對象被調用。

name 為線程名字。默認，形式為'Thread-N'的唯一的名字被創建，其中N 是比較小的十進制數。

args是目標調用參數的tuple，默認為()。

kwargs是目標調用的參數的關鍵字dictionary，默認為{}。

而Thread類還提供了很多方法，而本文只講述程序中所需要的1個方法，其他的方法讀者可以根據需要去查閱python的官方幫助文檔。

start():開啟一個線程

下面將通過一段簡單的程序來實驗Thread的使用。

程序如下：

　　

import threading 

def  print_work(cunt):
    for i in range(cunt):
        print 'new thread print:',i

def  main():
    t=threading.Thread(target=print_work,args=(10,))
    t.start();
    sum=0;
    for i in range(100):
        sum=sum+i 
    print 'sum=%s' % sum

if __name__=="__main__":
    main()
    

 

程序比較簡單，就不多做解釋，不過有2點需要值得注意。

注意：

1、在使用Thread類的時候需要import threading

2、當多線程啟動的方法的參數只有一個參數的時候，實例化Thread的args的參數要表示為（param1，）需要在參數后面打一個逗號，這是因為tuple元組只有一個元素的時候需要在后面加一個逗號，防止歧義。

2.2、socket的使用方法

下面介紹python中socket的使用方法。

注意：

1 在python中使用socket時要import socket

2 在使用socket中又服務器端和客戶端之分

 

服務器：

1、建立一個基於tcp協議的socket類

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

其中AF_INET指定的ipv4的協議，也可以使用AF_INET6指定ipv6的協議，而STREAM是指定面向流的tcp協議。

2、s.bind(‘', 8089))

綁定一個端口號，其中'127.0.0.1'是客戶端的ip地址，可以使用’0.0.0.0’來綁定網絡中所有的ip，8089是指定的端口，其中端口在小於1024的時候需要有管理員的權限才能綁定。

3、s.listen(5)

開始實行監聽參數：代表連接的最大數量

4、sock, addr = s.accept()

接受一個客戶端的連接，返回的是一個與客戶端保持連接的socket對象以及客戶端的ip地址和端口。該方法也會阻塞線程，直到獲得客戶端的連接。

 

客戶端：

1、s.connect(('127.0.0.1', 80))

連接到服務器，其中'www.baidu.com’也可以是服務器的ip地址。

2、s.send('hello')

發送數據’hello’。TCP連接創建的是雙向通道，雙方都可以同時給對方發數據。但是誰先發誰后發，怎么協調，要根據具體的協議來決定。

3、s. recv(1024)

接受連接的對方發來的數據。該方法會阻塞當前線程，所以需要一個專門的線程來接受數據。

注意：

同一個端口，被一個Socket綁定了以后，就不能被別的Socket綁定了。

3、基於python的聊天程序的流程設計

在第二點講述了聊天程序需要用到的知識點，以及需要注意的地方，現在我們就開始來設計程序的流程吧。

把程序分為即服務器與客戶端兩個部分。

服務器端的流程如下圖：

 

其中user對象代表一個客戶端的連接。

類結構如下圖所示：

 

客戶端的流程設計如下圖：

 

4、聊天程序的編碼過程

　　該程序實現的是一個相對比較簡單的聊天程序，由於是基於控制台實現的，所只設計容許兩個人聊天，另外消息的編碼的分割符為|。

　　4.1、服務器端

　　首先建立一個User的數據結構，代碼如下：

import socket 

class User:
    def __init__(self,skt,username='none'):
        self.skt=skt
        self.username=username
    def send_msg(self,msg):
        self.skt.send(msg)
    def logout(self):
        self.skt.close()

 

  

　　服務端的編碼如下：

import sys 
import socket
import threading,time
import User

#global variable
userlist=[] 
   
def hand_user_con(usr):
    try:
        isNormar=True
        while isNormar:
            data=usr.skt.recv(1024)
            time.sleep(1)
            msg=data.split('|')#分析消息
            if msg[0]=='login':
                print 'user [%s] login' % msg[1]
                usr.username=msg[1]
                notice_other_usr(usr)
            if msg[0]=='talk':
                print 'user[%s]to[%s]:%s' % (usr.username,msg[1],msg[2])
                send_msg(msg[1],msg[2])#發送消息給目標用戶，參數1：目標用戶，參數2：消息內容
            if msg[0]=='exit':
                print 'user [%s] exit' % msg[0]
                isNormar=False
                usr.close()
                userlist.remove(usr)
    except:
        isNormar=False
        
#通知其他用戶以上的好友       
def notice_other_usr(usr):
    if(len(userlist)>1):
        print 'The two users'
        userlist[0].skt.send(("login|%s" % userlist[1].username))
        userlist[1].skt.send(("login|%s" % userlist[0].username))
    else:
        print 'The one users'
         
def send_msg(username,msg):
    for usr in userlist:
        if(usr.username==username):
            usr.skt.send(msg)
            
#程序入口          
def main():
    s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    s.bind(('0.0.0.0',9999))
    s.listen(5)
    print u'waiting for connection...'
    while True:
        sock,addr=s.accept()#等待用戶連接
        user=User.User(sock)
        userlist.append(user)
        t=threading.Thread(target=hand_user_con,args=(user,));
        t.start()  
    s.close()
    

if(__name__=="__main__"):
    main()    

 

　　4.2、客戶端　　

　　客戶端的編碼如下：

import sys 
import socket
import threading,time

#global variable    
isNormar=True
other_usr=''


def recieve_msg(username,s):
    global isNormar,other_usr
    print 'Please waiting other user login...'
    s.send('login|%s' %username)
    while(isNormar):
        data= s.recv(1024)#阻塞線程，接受消息
        msg=data.split('|')
        if msg[0]=='login':
            print u'%s user has already logged in, start to chat' % msg[1]
            other_usr=msg[1]
        else:
            print msg[0]
            
#程序入口
def main(): 
    global isNormar,other_usr  
    try:
        print 'Please input your name:'
        usrname=raw_input()
        s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
        s.connect(("127.0.0.1",9999))
        t=threading.Thread(target=recieve_msg,args=(usrname,s))
        t.start()
    except:
        print 'connection exception'
        isNormar=False
    finally:
        pass
    while isNormar:
        msg=raw_input()#接受用戶輸入
        if msg=="exit":
            isNormar=False
        else:
            if(other_usr!=''):
                s.send("talk|%s|%s" % (other_usr,msg))#編碼消息並發送
    s.close()
    
if __name__=="__main__":
    main()

　　其效果截圖如下：

5、結論

　　通過編寫該聊天的程序，了解了python中多線程以及socket的使用。該聊天的程序過於簡單，僅僅只是實現了這客戶端-服務端-客戶端信息交互的一個流程，並不是很完善，在很多地方還存在很多異常。