面试题：Python套接字通信优化与复杂场景处理

优化方面

缓冲区管理：
- 增大套接字接收和发送缓冲区大小，以减少数据丢失。在Python中，可以使用setsockopt方法设置SO_SNDBUF（发送缓冲区）和SO_RCVBUF（接收缓冲区）选项。
- 合理管理应用层缓冲区，例如使用队列来暂存待发送或已接收的数据，防止数据积压。
超时处理：
- 设置适当的套接字超时时间，避免长时间等待无响应的连接。在Python中，使用socket.settimeout方法设置超时时间。如果在超时时间内没有完成数据接收或发送，抛出timeout异常，程序可以捕获并进行相应处理。
重传机制：
- 实现应用层的重传机制，当检测到丢包时（例如通过确认机制，若未收到对方的确认信息），重新发送数据。可以为每个发送的数据块编号，并记录发送状态，若超时未收到确认则重发。
连接管理：
- 处理连接中断后的自动重连，当检测到连接中断（例如捕获到ConnectionResetError等异常），程序应尝试重新连接服务器。可以设置重试次数和重试间隔时间。

代码框架

以下是一个简单的Python代码框架，展示如何实现上述优化策略：

服务器端代码：

import socket
import time


def server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    # 增大缓冲区
    server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_RCVBUF, 65536)
    server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_SNDBUF, 65536)
    server_socket.bind(('127.0.0.1', 8888))
    server_socket.listen(5)
    print('Server is listening...')

    while True:
        try:
            client_socket, client_address = server_socket.accept()
            client_socket.settimeout(10)  # 设置超时时间
            print(f'Connected by {client_address}')
            while True:
                try:
                    data = client_socket.recv(1024)
                    if not data:
                        break
                    # 处理接收到的数据
                    print(f'Received: {data.decode()}')
                    # 发送确认信息
                    client_socket.sendall(b'ACK')
                except socket.timeout:
                    print('Receive timeout, waiting for new data...')
                except Exception as e:
                    print(f'Error: {e}')
                    break
            client_socket.close()
        except Exception as e:
            print(f'Error: {e}')
    server_socket.close()


if __name__ == '__main__':
    server()

客户端代码：

import socket
import time


def client():
    max_retries = 5
    retry_delay = 5
    for attempt in range(max_retries):
        try:
            client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
            client_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_RCVBUF, 65536)
            client_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_SNDBUF, 65536)
            client_socket.settimeout(10)  # 设置超时时间
            client_socket.connect(('127.0.0.1', 8888))
            print('Connected to server')
            data_to_send = b'Hello, Server!'
            while True:
                try:
                    client_socket.sendall(data_to_send)
                    # 等待确认信息
                    ack = client_socket.recv(1024)
                    if ack == b'ACK':
                        print('Data sent successfully')
                    else:
                        print('Received unexpected response, resending...')
                except socket.timeout:
                    print('Send or receive timeout, resending...')
                except Exception as e:
                    print(f'Error: {e}')
                    break
            client_socket.close()
            break
        except ConnectionRefusedError:
            print(f'Connection refused, retry attempt {attempt + 1} in {retry_delay} seconds...')
            time.sleep(retry_delay)
    else:
        print('Max retry attempts reached, unable to connect.')


if __name__ == '__main__':
    client()

上述代码框架中，服务器端和客户端都设置了较大的缓冲区，并且设置了套接字超时时间。客户端实现了连接失败后的自动重连机制，同时在数据发送过程中使用了简单的确认和重传机制。

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