面试题：Python Socket编程之复杂场景优化

1. 协议选择

理论依据：金融交易数据对可靠性要求极高，不容许数据丢失或乱序。TCP协议提供面向连接、可靠的字节流服务，通过三次握手建立连接，有确认、重传和排序机制，能保证数据准确无误且按序到达；UDP是无连接协议，不保证数据的可靠传输，可能出现丢包、乱序。因此，选择TCP协议更适合金融交易数据传输。
代码示例：

import socket

# 创建TCP socket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('127.0.0.1', 8888))
server_socket.listen(5)

2. 数据序列化和反序列化

理论依据：自定义二进制协议需将数据结构转化为字节流在网络上传输（序列化），接收端再将字节流恢复为数据结构（反序列化）。Python的struct模块适用于处理简单的二进制数据格式，pickle模块可序列化更复杂的Python对象，但pickle存在安全风险，不适合未经验证的输入。对于金融交易数据，可使用struct模块，因其可精确控制二进制数据的格式。
代码示例：

import struct

# 假设交易数据包含价格（float）和数量（int）
price = 123.45
quantity = 100
# 序列化
packed_data = struct.pack('!fI', price, quantity)

# 反序列化
unpacked_data = struct.unpack('!fI', packed_data)

3. 网络性能优化

多线程/多进程：
- 理论依据：为应对高并发，可采用多线程或多进程处理客户端连接。多线程适用于I/O密集型任务，可利用threading模块。多进程适用于CPU密集型任务，可利用multiprocessing模块。对于Socket通信，I/O操作居多，多线程较为合适。
- 代码示例：

import socket
import threading

def handle_client(client_socket):
    while True:
        data = client_socket.recv(1024)
        if not data:
            break
        # 处理数据
        client_socket.close()

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('127.0.0.1', 8888))
server_socket.listen(5)

while True:
    client_socket, addr = server_socket.accept()
    client_thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(client_socket,))
    client_thread.start()

缓冲区优化：
- 理论依据：合理设置Socket的发送和接收缓冲区大小可提升性能。增大缓冲区能减少系统调用次数，但会占用更多内存。可通过setsockopt方法设置缓冲区大小。
- 代码示例：

server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_SNDBUF, 65536)
server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_RCVBUF, 65536)

4. 数据传输可靠性

理论依据：TCP协议本身保证了数据传输的可靠性，但应用层可进一步确认数据完整性。可在数据中添加校验和（如CRC校验），接收端验证校验和，若不一致则要求重传。
代码示例：

import binascii
import struct

# 计算CRC校验和
def calculate_crc(data):
    return binascii.crc32(data)

# 发送数据
price = 123.45
quantity = 100
packed_data = struct.pack('!fI', price, quantity)
crc = calculate_crc(packed_data)
send_data = packed_data + struct.pack('!I', crc)

# 接收数据
received_data = client_socket.recv(1024)
received_packed_data = received_data[:-4]
received_crc = struct.unpack('!I', received_data[-4:])[0]
if received_crc == calculate_crc(received_packed_data):
    # 数据完整，处理数据
    pass
else:
    # 要求重传
    pass

5. 数据传输安全性

加密：
- 理论依据：为防止数据在传输过程中被窃取或篡改，可使用加密算法。cryptography库提供了多种加密算法。例如，使用AES（高级加密标准）算法对数据进行加密和解密。
- 代码示例：

from cryptography.fernet import Fernet

# 生成密钥
key = Fernet.generate_key()
cipher_suite = Fernet(key)

# 加密数据
encrypted_data = cipher_suite.encrypt(packed_data)

# 解密数据
decrypted_data = cipher_suite.decrypt(encrypted_data)

认证：
- 理论依据：通过认证机制确认通信双方身份，防止中间人攻击。可使用数字证书进行身份验证。
- 代码示例：在实际应用中，可借助SSL/TLS协议实现身份认证，Python的ssl模块可集成SSL/TLS功能。

import socket
import ssl

context = ssl.SSLContext(ssl.PROTOCOL_TLSv1_2)
context.load_cert_chain(certfile='server.crt', keyfile='server.key')

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('127.0.0.1', 8888))
server_socket.listen(5)

ssl_socket = context.wrap_socket(server_socket, server_side=True)
client_socket, addr = ssl_socket.accept()

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面试题：Python Socket编程之复杂场景优化

知识考点

面试题答案

1. 协议选择

2. 数据序列化和反序列化

3. 网络性能优化

4. 数据传输可靠性

5. 数据传输安全性