python网络编程——UDP通信附实例参考

在网络通信编程中，用的最多的就是UDP和TCP通信了，原理这里就不分析了，网上介绍也很多，这里简单列举一下各自的优缺点和使用场景

玩转智能机器人

7287人浏览 · 2022-04-30 19:59:03

玩转智能机器人 · 2022-04-30 19:59:03 发布

简介

在网络通信编程中，用的最多的就是UDP和TCP通信了，原理这里就不分析了，网上介绍也很多，这里简单列举一下各自的优缺点和使用场景

通信方式	优点	缺点	适用场景
UDP	及时性好，快速	视网络情况，存在丢包	与嵌入式设备通信，实时控制场景
TCP	丢包会自动重发，理论上不用担心丢包问题	延时相对大一些	通信可靠性场景，比如IoT设备控制，状态同步

例程一：UDP server端，UDP数据接收

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
udp通信例程：udp server端，修改udp_addr元组里面的ip地址，即可实现与目标机器的通信，
此处以单机通信示例，ip为127.0.0.1，实际多机通信，此处应设置为目标客户端ip地址
"""
__author__ = "River.Yang"
__date__ = "2021/4/30"
__version__ = "1.0.0"

from time import sleep
import socket


def main():
    # udp 通信地址，IP+端口号
    udp_addr = ('127.0.0.1', 9999)
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 绑定端口
    udp_socket.bind(udp_addr)

    # 等待接收对方发送的数据
    while True:
        recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)  # 1024表示本次接收的最大字节数
        # 打印接收到的数据
        print("[From %s:%d]:%s" % (recv_data[1][0], recv_data[1][1], recv_data[0].decode("utf-8")))

if __name__ == '__main__':
    print("当前版本： ", __version__)
    print("udp server ")
    main()

代码解析

socket函数中第二个参数就是通信类型，此处SOCK_DGRAM 就是指定使用UDP通信
服务端需要使用bind函数绑定端口，客户端不需要，因为客户端发送的时候已经带了端口参数

例程二：UDP client端，UDP数据发送

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
udp通信例程：udp client端，修改udp_addr元组里面的ip地址，即可实现与目标机器的通信，
此处以单机通信示例，ip为127.0.0.1，实际多机通信，此处应设置为目标服务端ip地址
"""

__author__ = "River.Yang"
__date__ = "2021/4/30"
__version__ = "1.0.0"

from time import sleep
import socket

def main():
    # udp 通信地址，IP+端口号
    udp_addr = ('127.0.0.1', 9999)
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # 发送数据到指定的ip和端口,每隔1s发送一次，发送10次
    for i in range(10):
        udp_socket.sendto(("Hello,I am a UDP socket for: " + str(i)) .encode('utf-8'), udp_addr)
        print("send %d message" % i)
        sleep(1)

    # 5. 关闭套接字
    udp_socket.close()


if __name__ == '__main__':
    print("当前版本： ", __version__)
    print("udp client ")
    main()

例程三：多线程实现UDP数据收发

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
python多线程通信
"""
__author__ = "River.Yang"
__date__ = "2021/3/24"
__version__ = "1.0.0"

from time import sleep
import socket
import threading

# 定义全局变量
t1_count = 0
t2_count = 0


def udp_received_hundle(s):
    global t1_count
    print("this is thread 1 running")
    while True:
        t1_count += 1
        print("thread 1 第 %s 次运行" % t1_count)
        recv_data = s.recvfrom(1024)  # 1024表示本次接收的最大字节数
        # 打印接收到的数据
        print("[From %s:%d]:%s" % (recv_data[1][0], recv_data[1][1], recv_data[0].decode("utf-8")))


def udp_send_hundle(s):
    global t2_count
    print("this is thread 2 running")
    while True:
        t2_count += 1
        print("")
        print("thread 2 第 %s 次运行" % t2_count)
        s.sendto(("Hello,I am a UDP socket for: " + str(t2_count)).encode('utf-8'), udp_addr)
        print("send %d message" % t2_count)
        print("")
        sleep(1)


if __name__ == '__main__':
    print("当前版本： ", __version__)
    # 初始化
    # udp 通信地址，IP+端口号
    udp_addr = ('127.0.0.1', 9999)
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 绑定端口:
    udp_socket.bind(udp_addr)

    # 定义线程
    thread_list = []
    t1 = threading.Thread(target=udp_received_hundle, args=(udp_socket, ))
    thread_list.append(t1)
    t2 = threading.Thread(target=udp_send_hundle, args=(udp_socket, ))
    thread_list.append(t2)

    for t in thread_list:
        t.setDaemon(True)
        t.start()
    for t in thread_list:
        t.join()

    print("exit all task.")
    print('all process end.')

代码解析

这里用到了多线程，虽然python中的多线程是假的多线程，实际上是一个线程分时复用，这里我们不深究，如果平常用到也就几个小任务跑一跑，抄我这个作业就ok。
多线程实际上是从t.join()后才开始正式运行的，这里一定要注意，不能漏了这个函数。
udp的收发与上面的例程几乎是一样的。

代码运行效果如下

当前版本：  1.0.0
this is thread 1 running
thread 1 第 1 次运行
this is thread 2 running

thread 2 第 1 次运行
send 1 message

[From 127.0.0.1:9999]:Hello,I am a UDP socket for: 1
thread 1 第 2 次运行

thread 2 第 2 次运行
send 2 message

[From 127.0.0.1:9999]:Hello,I am a UDP socket for: 2
thread 1 第 3 次运行

thread 2 第 3 次运行
send 3 message

[From 127.0.0.1:9999]:Hello,I am a UDP socket for: 3
thread 1 第 4 次运行

thread 2 第 4 次运行
send 4 message

[From 127.0.0.1:9999]:Hello,I am a UDP socket for: 4
thread 1 第 5 次运行

thread 2 第 5 次运行
send 5 message

扩充知识

socket参数常量

AF_* 和 SOCK_* 常量现在都在 AddressFamily 和 SocketKind 这两个 IntEnum 集合内。

socket.AF_UNIX

socket.AF_INET

socket.AF_INET6

这些常量表示地址（和协议）簇，用于 socket() 的第一个参数。如果 AF_UNIX 常量未定义，即表示不支持该协议。不同系统可能会有更多其他常量可用。

socket.SOCK_STREAM —— TCP协议类型

socket.SOCK_DGRAM —— UDP协议类型

UDP 是 User Datagram Protocol 的简称，中文名是用户数据报协议，与这里的DGRAM匹配

socket.SOCK_RAW

socket.SOCK_RDM

socket.SOCK_SEQPACKET

这些常量表示套接字类型，用于 socket() 的第二个参数。不同系统可能会有更多其他常量可用。（一般只有 SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM 可用）

socket.SOCK_CLOEXEC

socket.SOCK_NONBLOCK

这两个常量（如果已定义）可以与上述套接字类型结合使用，允许你设置这些原子性相关的 flags （从而避免可能的竞争条件和单独调用的需要）。

socket对象常用方法

socket.accept()

接受一个连接。此 socket 必须绑定到一个地址上并且监听连接。返回值是一个 (conn, address) 对，其中 conn 是一个新的套接字对象，用于在此连接上收发数据，address 是连接另一端的套接字所绑定的地址。
新创建的套接字是不可继承的。

socket.bind(address)

将套接字绑定到 address。套接字必须尚未绑定。（ address 的格式取决于地址簇）

socket.close()

将套接字标记为关闭。当 makefile() 创建的所有文件对象都关闭时，底层系统资源（如文件描述符）也将关闭。一旦上述情况发生，将来对套接字对象的所有操作都会失败。对端将接收不到任何数据（清空队列数据后）。
垃圾回收时，套接字会自动关闭，但建议显式 close() 它们，或在它们周围使用 with 语句。
在 3.6 版更改: 现在，如果底层的 close() 调用出错，会抛出 OSError。
备注
close() 释放与连接相关联的资源，但不一定立即关闭连接。如果需要及时关闭连接，请在调用 close() 之前调用 shutdown()。

socket.recv(bufsize[, flags])

从套接字接收数据。返回值是一个字节对象，表示接收到的数据。bufsize 指定一次接收的最大数据量。可选参数 flags 的含义请参阅 Unix 手册页 recv(2)，它默认为零。
备注
为了最佳匹配硬件和网络的实际情况，bufsize 的值应为 2 的相对较小的幂，如 4096。
在 3.5 版更改: 如果系统调用被中断，但信号处理程序没有触发异常，此方法现在会重试系统调用，而不是触发 InterruptedError 异常 (原因详见 PEP 475)。

socket.recvfrom(bufsize[, flags])

从套接字接收数据。返回值是一对 (bytes, address)，其中 bytes 是字节对象，表示接收到的数据，address 是发送端套接字的地址。可选参数 flags 的含义请参阅 Unix 手册页 recv(2)，它默认为零。（ address 的格式取决于地址簇）

socket.send(bytes[, flags])

发送数据给套接字。本套接字必须已连接到远程套接字。可选参数 flags 的含义与上述 recv() 中的相同。本方法返回已发送的字节数。应用程序要负责检查所有数据是否已发送，如果仅传输了部分数据，程序需要自行尝试传输其余数据。有关该主题的更多信息，请参考套接字编程指南。
在 3.5 版更改: 如果系统调用被中断，但信号处理程序没有触发异常，此方法现在会重试系统调用，而不是触发 InterruptedError 异常 (原因详见 PEP 475)。

socket.sendall(bytes[, flags])

发送数据给套接字。本套接字必须已连接到远程套接字。可选参数 flags 的含义与上述 recv() 中的相同。与 send() 不同，本方法持续从 bytes 发送数据，直到所有数据都已发送或发生错误为止。成功后会返回 None。出错后会抛出一个异常，此时并没有办法确定成功发送了多少数据。
在 3.5 版更改: 每次成员发送数据后，套接字超时将不再重置。目前的套接字超时是发送所有数据的最大总持续时间。
在 3.5 版更改: 如果系统调用被中断，但信号处理程序没有触发异常，此方法现在会重试系统调用，而不是触发 InterruptedError 异常 (原因详见 PEP 475)。

socket.shutdown(how)

关闭一半或全部的连接。如果 how 为 SHUT_RD，则后续不再允许接收。如果 how 为 SHUT_WR，则后续不再允许发送。如果 how 为 SHUT_RDWR，则后续的发送和接收都不允许。

结语

udp通信比较复杂，但实际用起来并不难，这里只是抛转引玉，给大家一个示例参考，在实际应用过程中，涉及到复杂数据通信，还需要使用通信协议，协议收发，解包等函数，另外数据缓存也很关键，尤其是大数据量的情况下，通常会用到队列相关知识，这一部分就留给大家自行研究吧，有机会也可以讲一讲，如果这篇文章对你有用，不妨点赞关注，你的支持是我最大的动力。