AI大模型学习04：网络编程与多进程
以前你的 Python 程序都是自己跑自己的，像孤岛。今天，我们要让两台电脑上的程序互相发消息——这就是网络编程。
而且，为了让服务器能同时服务多个客户，我们还会引入“多进程”，就像开了好几个窗口同时接单。
一、先搞清三个最基本的概念：IP、端口、协议
想象你要给住在另一个城市的朋友写信：
-
IP 地址 = 朋友的小区地址（比如“幸福里小区3号楼”）。它帮你把信送到正确的那栋楼。
-
端口号 = 朋友家的门牌号（比如“203室”）。同一栋楼里有好多户，端口号告诉送信的人：“这封信是给 203 室的张三的”。
-
协议 = 你们俩约定好用中文写信，而不是英文或者火星文。协议规定了数据怎么包装、怎么确认收到、丢了怎么办。
所以网络编程的核心就是：用 IP 找到那台电脑，用端口找到那个程序，用协议保证两边能听懂。
小贴士
-
本机测试时，IP 可以用
127.0.0.1，意思是“我自己”。就像给自己打电话。 -
端口号一般用 1024 以上的数字（比如 8000、9000），因为低端口经常被系统程序占着。
二、TCP 协议：像打电话一样可靠
TCP 是互联网上最常用的协议之一，它的三大特点你一定要记住：
-
面向连接：正式说话之前，必须先“拨通电话”，双方确认对方在线。不像发短信（UDP），扔出去就不管了。
-
可靠传输：你发的每一个字节，对方都会确认收到。如果中途丢了，会自动重传，最后保证顺序不乱。适合网页、文件下载、聊天。
-
面向字节流：数据像流水一样连续发送，没有天然的“消息边界”。好比你把一桶水倒进管道，对方接到的是连续的水，你得自己想办法分成一杯一杯（比如加换行符、固定长度）。
1. 三次握手：怎么“拨通电话”的？
建立 TCP 连接时，双方要在底层交换三个小包，俗称三次握手。你可以想象成：
-
客户端：“喂，能听见吗？我想跟你说话。”（发 SYN）
-
服务器：“听见了，我也能听见你。你说吧。”（发 SYN+ACK）
-
客户端：“好的，那开始说正事。”（发 ACK）
为什么不是两次？
如果只有两次，服务器发出“听见了”之后，无法确认客户端是否真的准备好了。万一客户端的请求是重复的旧请求，服务器就直接连上了，可能浪费资源。三次握手能保证双方都同意、并且交换了初始序号，是最小的可靠方案。
2. 四次挥手：怎么“挂电话”的？
TCP 连接是全双工的，就是两边都能同时说话、同时听。所以关闭的时候，要分别关闭两个方向：
-
主动方：“我说完了，我要挂掉我这边的发送。”（发 FIN）
-
被动方：“好的，我知道你说完了。”（回 ACK）
此时被动方可能还有话没说完，所以它继续发。 -
被动方：“我也说完了，我要挂掉我这边的发送。”（发 FIN）
-
主动方：“好的，知道你挂了。”（回 ACK）
然后等一小会儿（TIME_WAIT），确保对方收到了最后的确认，才彻底关闭。
为什么不是三次？
因为被动方收到“我说完了”时，不一定立刻就能结束（可能还在发数据），所以不能把第二步和第三步合并。只有等它自己也发完了，才能单独发 FIN。这就成了四次。
你不需要背太深，但要知道：建立连接三次，断开连接四次，这是 TCP 的经典规矩。
三、Socket 是什么？一个“网络电话机”
操作系统提供了一个叫 Socket（套接字） 的东西，它就像一部电话机。你写 Python 程序，不需要自己处理网线、电信号，只需要：
-
买一部电话机（创建 socket 对象）
-
拨号或接听（connect、bind、listen、accept）
-
说话（send）
-
听对方说话（recv）
-
挂机（close）
我们来看服务端和客户端分别怎么“用电话”。
四、服务端：开一个“客服热线”
服务端程序要被动等待别人打进来。步骤依次是：
-
买电话机：创建一个 TCP socket。
-
插电话线：绑定一个 IP 和端口（
bind），告诉系统“我要在这个地址接电话”。如果 IP 写0.0.0.0，表示监听本机所有网卡；写127.0.0.1就只能本机自己打给自己。 -
设置成待机状态：调用
listen，告诉系统“可以有人排队了”。 -
接听一个来电：调用
accept，程序会卡住（阻塞），直到真的有客户端连上来。然后它会返回一个新的电话机（新的 socket），专门用于和这个客户聊天，而原来的电话机继续等下一个客户。 -
聊几句：用新 socket 的
recv接收对方的话（字节流，需要用decode转成字符串），用send发送回复（需要encode）。 -
挂断这个客户的电话：
close这个新 socket。如果还想服务下一个客户，就回到第 4 步继续accept。
注意：
accept和recv都是阻塞的，意思是程序会停在那行，直到有事件发生。这就引出了多任务的需求——如果服务端只用一个循环，一次只能服务一个客户，其他人得排队。
五、客户端：主动打电话的人
客户端就简单多了：
-
买电话机（创建 socket）。
-
拨号：
connect((服务器 IP, 端口))，阻塞直到接通。底层会完成三次握手。 -
说话/听话：
send和recv（和服务器端一样）。 -
挂机：
close。
客户端没有 bind、listen、accept，因为它是主动方。
六、顺便说一下：字符串和字节的转换
网络传输只认字节（bytes），不认字符串。所以：
-
发的时候：
"你好".encode('utf-8')变成字节串。 -
收的时候：收到的字节用
decode('utf-8')变回字符串。
两边的编码必须一致，一般都用 UTF-8。
七、多进程：让服务器能同时服务好几个人
刚才说了，如果服务端只有一个循环，那么一次只能跟一个客户聊天，其他人排队。这显然不实用。
解决办法是：当 accept 接到一个客户后，立刻创建一个子进程，让子进程去跟这个客户聊天，主进程继续回来 accept 等待下一个客户。这样就能“同时”服务很多人了。
1. 什么是进程？
进程就是程序的一次运行实例。你打开一个微信，操作系统就给微信分配一个进程。进程之间是隔离的，内存不共享（后面会讲到）。
2. 怎么创建子进程（Python 的 multiprocessing）
import multiprocessing
def 聊天(新socket, 客户地址):
# 这里写 recv/send 的循环
pass
if __name__ == '__main__':
监听socket = 创建并bind、listen...
while True:
新socket, 地址 = 监听socket.accept()
p = multiprocessing.Process(target=聊天, args=(新socket, 地址))
p.start() # 启动子进程
# 主进程继续回去 accept重点：
-
target后面写函数名，不要加括号。 -
如果子进程要传参数，用
args=(参数1, 参数2)，注意只有一个参数时也要写成(参数,)加个逗号。 -
在 Windows 上，创建进程的代码必须放在
if __name__ == '__main__':里面，否则会出错。
3. 进程 ID（PID）
每个进程都有一个编号，叫 PID。你可以用 os.getpid() 获取当前进程的 PID，os.getppid() 获取父进程的 PID。这对调试多任务很有用。
4. 进程之间默认不共享全局变量
这一点很重要：两个进程各自拥有一份全局变量的拷贝，你在子进程里修改了一个列表，主进程里看不到变化。因为它们的内存是独立的。如果非要共享，需要用队列、管道等专门工具（以后会学）。
八、一个小坑：端口被占用怎么办？
当你把服务器程序关掉后立刻重启，有时候会报“地址已被占用”。这是因为操作系统要等一会儿（TIME_WAIT 状态）才能释放端口。解决办法是在 bind 之前设置端口重用：
socket对象.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)记住：必须在 bind 之前，否则没用。
九、文件上传的思路（其实就是聊天模式的变种）
-
客户端：打开文件（二进制模式），循环读取一小块（比如 1024 字节），用
send发出去。发完关闭连接。 -
服务端：接受连接后，以二进制写模式打开一个新文件，循环
recv一小块，直接写入文件。当recv返回空字节（b''）时，表示客户端关闭了连接，上传完成。
为什么要分块？因为文件可能很大，一次性读入内存太浪费，网络也是流式的，边读边发更合理。
十、总结
| 概念 | 一句话解释 |
|---|---|
| IP | 找到哪台电脑 |
| 端口 | 找到电脑上的哪个程序 |
| TCP | 面向连接、可靠、字节流（像打电话） |
| 三次握手 | 建立连接时互相确认 |
| 四次挥手 | 关闭连接时分方向关闭 |
| Socket | 编程用的“网络电话机” |
| 服务端流程 | 创建→绑定→监听→accept→recv/send→close |
| 客户端流程 | 创建→connect→send/recv→close |
| 进程 | 程序的一次运行实例 |
| 多进程 | 用子进程同时处理多个客户端 |
| 全局变量 | 默认不共享 |
汇聚全球AI编程工具，助力开发者即刻编程。
更多推荐
11
0- 0
已为社区贡献15条内容
所有评论(0)