面试题：Python网络编程之Socket并发处理

Question

使用Python的`socket`模块实现一个简单的并发服务器，能够同时处理多个客户端连接。每个客户端连接后，服务器接收客户端发送的字符串，将其反转后返回给客户端。请描述整体设计思路并给出关键代码实现，包括如何处理多连接的并发，以及可能遇到的问题及解决方案。

Answer 1

设计思路

1. 创建套接字：使用socket模块创建一个TCP套接字。
2. 绑定地址：将套接字绑定到指定的IP地址和端口。
3. 监听连接：设置套接字为监听状态，准备接受客户端连接。
4. 处理并发：使用多线程或异步I/O来处理多个客户端连接。这里采用多线程方式，每当有新的客户端连接，就启动一个新线程来处理该客户端的通信。
5. 数据处理：在每个线程中，接收客户端发送的字符串，将其反转后返回给客户端。

关键代码实现

import socket
import threading


def handle_client(client_socket, client_address):
    try:
        data = client_socket.recv(1024)
        if data:
            reversed_data = data[::-1]
            client_socket.sendall(reversed_data)
    except Exception as e:
        print(f"Error handling client {client_address}: {e}")
    finally:
        client_socket.close()


def start_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    server_address = ('localhost', 12345)
    server_socket.bind(server_address)
    server_socket.listen(5)
    print(f"Server is listening on {server_address[0]}:{server_address[1]}")

    while True:
        client_socket, client_address = server_socket.accept()
        print(f"Accepted connection from {client_address[0]}:{client_address[1]}")
        client_thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(client_socket, client_address))
        client_thread.start()


if __name__ == "__main__":
    start_server()

可能遇到的问题及解决方案

1. 资源消耗：多线程方式下，每个线程都需要占用一定的系统资源，如果同时连接的客户端过多，可能导致系统资源耗尽。解决方案是可以采用线程池技术，限制线程的数量，避免资源过度消耗。
2. 线程安全问题：如果多个线程同时访问和修改共享资源，可能会导致数据不一致等问题。在上述代码中，如果存在共享资源，需要使用锁（如threading.Lock）来保证线程安全。
3. 异常处理：在处理客户端连接和数据收发过程中可能会出现各种异常，如网络中断、客户端异常关闭等。需要在代码中添加适当的异常处理，确保服务器在遇到异常时能够正确处理，而不是崩溃。例如在handle_client函数中捕获异常并打印错误信息，同时关闭客户端套接字。