Python语言程序设计第14周：与网络编程相关的Python高级技术

# 1. 网络编程基础知识

## 1.1 网络编程概述

网络编程是指利用计算机网络进行数据传输和交互的编程技术。在网络编程中，我们可以利用各种协议和技术实现数据的传输、通信和共享。网络编程的概念和技术在现代的互联网时代具有重要意义，它使得计算机可以在不同的地理位置进行通信和协作，实现信息的传递和共享。

## 1.2 OSI网络模型

OSI（Open Systems Interconnection）网络模型是一个国际标准的网络模型，它将计算机网络分为七层，每一层负责不同的功能，从物理连接到应用层协议都有相应的规范。这个模型的目的是为了实现不同厂商的计算机和网络设备之间的互联互通。

## 1.3 TCP/IP协议及其应用

TCP/IP是一组通信协议的集合，它是互联网的基础协议。TCP/IP协议族包括TCP、IP、UDP、ICMP等协议，它们分别负责数据的分割、传输、路由和错误控制等功能。基于TCP/IP协议的应用广泛，如HTTP、FTP、Telnet等，它们在互联网中实现了数据的可靠传输和应用的高效通信。

## 1.4 Socket编程介绍

Socket是网络编程中的一个重要组件，它提供了一种通信机制，使得不同计算机之间可以通过网络进行数据交换。Socket编程通过使用套接字（socket）来实现网络连接和数据传输。在Socket编程中，服务器端和客户端可以通过Socket建立连接，进行双向通信。Socket编程是实现网络编程的一种常用方式，它可以用于开发各种网络应用，如网络聊天室、即时通讯、文件传输等。

以上是网络编程基础知识的介绍，下面将进入第二章，介绍Python网络编程库与模块。

# 2. Python网络编程库与模块

网络编程在Python中有着丰富的支持库和模块，为开发者提供了丰富的选择和便利的功能。本章将介绍Python中常用的网络编程库与模块，包括Python标准库中的网络编程模块、第三方网络编程库介绍以及常用网络模块的功能与使用方法。

### 2.1 Python标准库中的网络编程模块

Python标准库中提供了许多用于网络编程的模块，包括socket、urllib、http等，这些模块为开发者提供了直接调用操作系统网络接口的能力，具有较低层次的网络编程功能。

#### socket模块

import socket

# 创建一个TCP/IP套接字
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 连接套接字到服务器地址和端口
server_address = ('localhost', 9999)
print('connecting to %s port %s' % server_address)
sock.connect(server_address)

# 发送数据
try:
    message = b'Hello, world!'
    print('sending {!r}'.format(message))
    sock.sendall(message)

    # 查找响应
    amount_received = 0
    amount_expected = len(message)

    while amount_received < amount_expected:
        data = sock.recv(16)
        amount_received += len(data)
        print('received {!r}'.format(data))

finally:
    print('closing socket')
    sock.close()

### 2.2 第三方网络编程库介绍

除了Python标准库之外，还有许多第三方库也提供了丰富的网络编程功能，例如requests、scrapy等，它们为开发者提供了更高层次的网络抽象和更便捷的网络编程功能。

#### requests库

import requests

# 发起一个GET请求
response = requests.get('https://api.github.com')
print(response.status_code)
print(response.json())

### 2.3 常用网络模块的功能与使用方法

在Python的网络编程中，常用的网络模块拥有丰富的功能和使用方法，包括socket的底层网络编程、requests库的HTTP请求处理、urllib库的URL处理等，开发者可以根据具体需求选择合适的模块进行网络编程。

以上是Python网络编程库与模块的简单介绍，接下来我们将深入了解各个模块的使用方法及实际应用场景。

# 3. Python异步IO编程

#### 3.1 同步与异步IO的区别与优势
在传统的同步IO编程中，每个IO操作都需要等待其完成，才能进行下一个IO操作，这会导致程序在IO等待的过程中处于空闲状态，效率较低。而异步IO编程则可以在发起IO操作后继续执行其他任务，当IO操作完成时再通知程序进行处理，从而提高了程序的并发性能和响应速度。

#### 3.2 异步IO编程模型介绍
Python中的异步IO编程模型通过事件循环和回调来实现，可以利用asyncio库来进行异步编程。通过使用协程来实现并发的任务处理，从而提高程序的效率。

#### 3.3 asyncio库与异步IO编程实践

import asyncio

async def async_task():
    print("Start async task")
    await asyncio.sleep(1)
    print("Async task completed")

async def main():
    # 并发执行多个异步任务
    await asyncio.gather(
        async_task(),
        async_task()