Python，作為一種被廣泛使用的高階程式語言，擁有許多優勢，其中之一就是它的網路程式設計能力。Python的強大網路庫如socket, requests, urllib, asyncio,等等，讓它在網路程式設計中表現優秀。本文將深入探討Python在網路程式設計中的應用，包括了基礎的socket程式設計，到高階的非同步IO網路程式設計，以及我們如何能夠充分利用這些工具來開發網路應用。

Socket程式設計基礎

Socket是網路程式設計的基石。Python的socket模組提供了一套簡單的API，可以幫助我們快速地建立網路連線。讓我們先來看一個簡單的伺服器和使用者端之間通訊的例子：

伺服器端:

import socket

# 建立 socket 物件
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 繫結埠
s.bind(('localhost', 12345))

# 設定最大連線數，超過後排隊
s.listen(5) 

while True:
    # 建立使用者端連線
    c, addr = s.accept()      
    print ('Got connection from', addr)
    
    # 傳送資料
    c.send('Thank you for connecting'.encode())
    
    # 關閉連線
    c.close()

使用者端:

import socket              

# 建立 socket 物件
s = socket.socket()         

# 連線到伺服器
s.connect(('localhost', 12345))

# 接收資料
print (s.recv(1024).decode())
s.close()

執行伺服器端程式碼，然後執行使用者端程式碼，輸出如下：

Got connection from ('127.0.0.1', 51768)
Thank you for connecting

這裡使用的是TCP協定進行通訊，TCP是一種面向連線的協定，它保證了兩臺計算機之間的穩定通訊。

Socket程式設計基礎及其實踐

如上所述，Socket是網路程式設計的基石。Python的socket模組提供了一套簡單的API，以幫助我們快速地建立網路連線。讓我們通過一個聊天室應用來更深入地理解socket程式設計：

# 這是一個簡單的命令列聊天室伺服器

import socket
import select

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('localhost', 12345))
server_socket.listen(10)
inputs = [server_socket]

while inputs:
    rs, _, _ = select.select(inputs, [], [])

    for r in rs:
        if r is server_socket:
            client_socket, _ = r.accept()
            inputs.append(client_socket)
        else:
            msg = r.recv(1024)
            if not msg:
                inputs.remove(r)
            else:
                for socket in inputs:
                    if socket is not server_socket:
                        socket.send(msg)

這個伺服器使用select模組來同時處理多個socket連線。當新的使用者端連線進來時，它就將這個新的socket新增到輸入列表中。當伺服器收到一個訊息時，它就將這個訊息轉發給所有其他的使用者端。

HTTP網路請求

在Python中，我們常常使用requests庫進行HTTP請求。它的使用方法非常直觀，讓我們看一個簡單的例子：

import requests

# 發起 GET 請求
response = requests.get('https://www.example.com')

# 輸出響應的文字資訊
print(response.text)

HTTP網路請求及其高階用法

在Python中，我們常常使用requests庫進行HTTP請求。然而，requests庫除了基礎的GET，POST請求之外，還支援更多高階的功能，比如session物件、cookie處理和代理設定等。

比如我們可以使用session物件來維持一個對談，這在需要登入後才能存取的網站上非常有用：

import requests

s = requests.Session()

# 先進行登入
s.post('http://httpbin.org/post', data = {'key':'value'})

# 然後存取需要登入後才能看到的頁面
r = s.get('http://httpbin.org/cookies')
print(r.text)

非同步IO網路程式設計

Python的 asyncio 庫為我們提供了非同步IO的能力，讓我們可以在網路程式設計中實現更高效的IO操作。下面是一個簡單的非同步網路請求的例子：

import asyncio
import aiohttp

async def fetch(session, url):
    async with session.get(url) as response:
        return await response.text()

async def main():
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        html = await fetch(session, 'http://python.org')
        print(html)

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(main())

網路資料抓取

Python的網路程式設計能力也使其成為網路資料抓取的絕佳工具。比如我們可以使用BeautifulSoup庫來解析HTML，並抓取我們需要的資訊：

import requests
from bs4 import BeautifulSoup

# 發起請求
r = requests.get('http://example.com')

# 解析HTML
soup = BeautifulSoup(r.text, 'html.parser')

# 抓取所有的連結
links = [a['href'] for a in soup.find_all('a', href=True)]
print(links)

Web開發

Python在Web開發方面也表現出色。比如我們可以使用Flask庫來快速地開發一個web應用：

from flask import Flask, render_template

app = Flask(__name__)

@app.route("/")
def hello():
    return render_template('index.html')

if __name__ == "__main__":
    app.run()

Flask可以讓我們快速地建立一個web應用，而且它還支援路由、模板渲染和靜態檔案等web開發的基礎功能。

FTP服務

你知道Python還可以作為一個FTP伺服器嗎？pyftpdlib是一個強大的，高度可設定的FTP伺服器庫。它支援FTP的大部分命令，而且由於它是純Python編寫的，所以在任何Python支援的平臺上都可以執行。

One More Thing...

最後，讓我分享一個很有用但又很少人知道的技巧：使用Python的http.server模

塊快速建立一個簡單的web伺服器。只需要在命令列中輸入以下命令：

python -m http.server

這條命令將在你的機器上啟動一個簡單的HTTP伺服器，預設埠為8000。這對於快速分享檔案或者進行一些簡單的web開發非常有用。

以上就是Python在網路程式設計方面的基礎知識和一些高階用法，希望這些資訊能對你有所幫助。

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TeahLead_KrisChang，10+年的網際網路和人工智慧從業經驗，10年+技術和業務團隊管理經驗，同濟軟體工程本科，復旦工程管理碩士，阿里雲認證雲服務資深架構師，上億營收AI產品業務負責人。

深入Python網路程式設計：從基礎到實踐