Python常见面试题的详解16

1. 如何强行关闭客户端和服务器之间的连接？

在网络编程中，有时需要强行中断客户端和服务器之间的连接。对于基于 TCP 协议的连接，由于其面向连接的特性，需要采取特定的步骤来确保连接被正确关闭；而 UDP 是无连接协议，处理方式相对简单。

服务器端（TCP）

python

import socket

# 创建 TCP 套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定地址和端口
server_socket.bind(('localhost', 8888))
# 开始监听
server_socket.listen(1)

print("Waiting for a connection...")
# 接受客户端连接
conn, addr = server_socket.accept()
print(f"Connected by {addr}")

try:
    # 强制关闭连接
    # 先禁用读写
    conn.shutdown(socket.SHUT_RDWR)
    # 关闭连接
    conn.close()
    print("Connection closed.")
except Exception as e:
    print(f"Error closing connection: {e}")

客户端（TCP）

python

import socket

# 创建 TCP 套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 连接到服务器
client_socket.connect(('localhost', 8888))

try:
    # 强制关闭连接
    client_socket.shutdown(socket.SHUT_RDWR)
    client_socket.close()
    print("Connection closed.")
except Exception as e:
    print(f"Error closing connection: {e}")

服务器端（UDP）

python

import socket

# 创建 UDP 套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 绑定地址和端口
server_socket.bind(('localhost', 8888))

try:
    # 停止接收数据并关闭套接字
    server_socket.close()
    print("UDP socket closed.")
except Exception as e:
    print(f"Error closing UDP socket: {e}")

要点

TCP 连接关闭需要先使用 shutdown 方法禁用读写，再调用 close 方法关闭连接。
UDP 连接直接调用 close 方法关闭套接字。
在实际应用中，强行关闭连接可能会导致数据丢失或未完成的操作中断。因此，在关闭连接之前，最好确保所有必要的数据已经传输完成。另外，对于 TCP 连接，shutdown 方法可以指定不同的参数，如 socket.SHUT_RD 表示关闭读通道，socket.SHUT_WR 表示关闭写通道。

2. 说明 TCP 和 UDP 的区别以及优缺点

TCP（Transmission Control Protocol）和 UDP（User Datagram Protocol）是两种常见的传输层协议，它们在连接性、可靠性、有序性、传输效率和首部开销等方面存在明显差异。

python

import socket

# TCP 服务器示例
def tcp_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.bind(('localhost', 8888))
    server_socket.listen(1)
    print("TCP server is listening...")
    conn, addr = server_socket.accept()
    data = conn.recv(1024)
    print(f"Received from {addr}: {data.decode()}")
    conn.close()

# UDP 服务器示例
def udp_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    server_socket.bind(('localhost', 8889))
    print("UDP server is listening...")
    data, addr = server_socket.recvfrom(1024)
    print(f"Received from {addr}: {data.decode()}")
    server_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    import threading
    tcp_thread = threading.Thread(target=tcp_server)
    udp_thread = threading.Thread(target=udp_server)
    tcp_thread.start()
    udp_thread.start()

要点

对比项	TCP	UDP
连接性	面向连接，需三次握手建立连接，四次挥手断开连接	无连接，直接发送数据
可靠性	提供可靠传输，有确认、重传、滑动窗口机制	不可靠，可能丢包、乱序
有序性	保证数据有序接收	不保证数据有序
传输效率	相对较低，有连接建立和断开开销	相对较高，无连接开销
首部开销	一般为 20 字节	固定为 8 字节
优点	可靠、有序，适用于文件传输、网页浏览	高效、开销小，适用于实时性要求高的场景
缺点	效率低、资源占用多	不可靠、不保证有序

在选择使用 TCP 还是 UDP 时，需要根据具体的应用场景来决定。例如，对于视频会议、在线游戏等对实时性要求较高的应用，即使可能会有少量数据丢失，也更适合使用 UDP；而对于文件下载、电子邮件等对数据准确性要求较高的应用，则应选择 TCP。

3. 简述浏览器通过 WSGI 请求动态资源的过程

WSGI（Web Server Gateway Interface）是 Python Web 应用程序和 Web 服务器之间的标准接口，它定义了 Web 服务器如何与 Python 应用程序进行通信。浏览器通过 WSGI 请求动态资源的过程涉及多个环节。

python

def simple_app(environ, start_response):
    """简单的 WSGI 应用"""
    status = '200 OK'
    headers = [('Content-type', 'text/plain; charset=utf-8')]
    start_response(status, headers)
    return [b'Hello, World!']

if __name__ == '__main__':
    from wsgiref.simple_server import make_server
    httpd = make_server('localhost', 8000, simple_app)
    print("Serving on port 8000...")
    httpd.serve_forever()

要点

浏览器发起 HTTP 请求。
Web 服务器（如 Apache、Nginx）接收请求。
Web 服务器将请求信息封装成符合 WSGI 规范的环境变量和可调用对象，调用 WSGI 应用程序。
WSGI 应用程序处理请求，可能访问数据库、调用其他服务。
WSGI 应用程序返回响应信息。
Web 服务器将响应信息封装成 HTTP 响应，发送给浏览器。
浏览器解析渲染页面。

WSGI 使得 Python Web 应用程序可以在不同的 Web 服务器上运行，提高了代码的可移植性。常见的 Python Web 框架如 Flask、Django 都遵循 WSGI 规范。

4. 说明浏览器访问 www.baidu.com 的过程

当用户在浏览器中输入 www.baidu.com 并回车后，浏览器会经历一系列步骤来获取并显示百度的网页。

python

import socket

try:
    ip = socket.gethostbyname('www.baidu.com')
    print(f"The IP address of www.baidu.com is {ip}")
except socket.gaierror as e:
    print(f"DNS resolution error: {e}")

要点

DNS 解析：浏览器先检查本地 DNS 缓存，若没有则向本地 DNS 服务器查询，本地 DNS 服务器若没有则逐级向根 DNS 服务器、顶级域名 DNS 服务器、权威 DNS 服务器查询，最终获取目标网站的 IP 地址。
TCP 连接：使用获取到的 IP 地址和端口号（通常是 80 或 443），通过三次握手与服务器建立 TCP 连接。
HTTP 请求：浏览器向服务器发送 HTTP 请求，包含请求方法、URL、请求头和请求体。
服务器处理请求：服务器根据请求内容进行处理，可能涉及数据库查询、应用程序调用等。
HTTP 响应：服务器处理完请求后，向浏览器发送 HTTP 响应，包含响应状态码、响应头和响应体。
浏览器解析渲染页面：浏览器解析响应内容，构建 DOM 树、CSSOM 树，合并成渲染树，进行布局和绘制。
TCP 连接关闭：页面渲染完成后，通过四次挥手关闭 TCP 连接。

在实际过程中，还可能涉及到 HTTPS 协议的加密和解密过程，以及缓存策略的应用，以提高访问速度和性能。

5. 说明Post 和 Get 请求的区别

Post 和 Get 是 HTTP 协议中常用的两种请求方法，它们在参数传递方式、安全性、数据长度限制、缓存和使用场景等方面存在差异。

python

import requests

# Get 请求示例
response_get = requests.get('https://www.example.com', params={'key': 'value'})
print(f"Get response status code: {response_get.status_code}")

# Post 请求示例
data = {'key': 'value'}
response_post = requests.post('https://www.example.com', data=data)
print(f"Post response status code: {response_post.status_code}")

要点

对比项	Get	Post
参数传递方式	参数附加在 URL 后面	参数放在请求体中
安全性	参数暴露在 URL 中，不安全	参数在请求体中，相对安全
数据长度限制	URL 长度有限制	无数据长度限制
缓存	会被浏览器缓存	一般不会被缓存
使用场景	适用于获取数据	适用于提交数据

在实际开发中，需要根据具体的需求选择合适的请求方法。同时，对于敏感信息的传递，即使使用 Post 请求，也建议采用 HTTPS 协议进行加密传输。

6. 说明cookie 和 session 的区别

Cookie 和 Session 是 Web 开发中用于跟踪用户状态的两种机制，它们在存储位置、安全性、数据大小、有效期和应用场景等方面有所不同。

python

from flask import Flask, request, make_response, session

app = Flask(__name__)
app.secret_key = 'your_secret_key'

@app.route('/set_cookie')
def set_cookie():
    resp = make_response('Setting cookie...')
    resp.set_cookie('username', 'John')
    return resp

@app.route('/get_cookie')
def get_cookie():
    username = request.cookies.get('username')
    return f'Cookie username: {username}'

@app.route('/set_session')
def set_session():
    session['user'] = 'John'
    return 'Setting session...'

@app.route('/get_session')
def get_session():
    user = session.get('user')
    return f'Session user: {user}'

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

要点

对比项	Cookie	Session
存储位置	客户端浏览器	服务器端
安全性	不安全，可能被分析和欺骗	相对安全，数据在服务器端
数据大小	单个 Cookie 不超过 4K，一个站点最多保存 20 个	无数据大小限制
有效期	可通过 `Expires` 或 `Max - Age` 控制	默认浏览器关闭失效，可设置延长
应用场景	保存基本信息，如用户名、偏好设置	保存登录状态、购物车信息

在使用 Cookie 和 Session 时，需要注意安全性问题。对于 Cookie，可以设置 HttpOnly 和 Secure 属性来提高安全性；对于 Session，需要对会话 ID 进行加密和管理，防止会话劫持。

7. HTTP 协议有哪些状态码

HTTP 状态码是服务器返回给客户端的三位数字代码，用于表示请求的结果。常见的状态码可以分为五类。

python

import requests

response = requests.get('https://www.example.com')
print(f"Response status code: {response.status_code}")

要点

状态码分类	含义	常见状态码及说明
1xx（信息性状态码）	表示临时响应，用于通知客户端部分请求已被接收	100 Continue：客户端应继续发送请求
2xx（成功状态码）	表示请求成功	200 OK：请求成功；201 Created：资源已创建；204 No Content：请求成功但无返回内容
3xx（重定向状态码）	表示需要进一步操作以完成请求	301 Moved Permanently：资源永久移动；302 Found：资源临时移动；304 Not Modified：资源未修改，可使用缓存
4xx（客户端错误状态码）	表示客户端请求有错误	400 Bad Request：请求语法错误；401 Unauthorized：未授权；403 Forbidden：服务器拒绝执行；404 Not Found：资源不存在
5xx（服务器错误状态码）	表示服务器处理请求时出现错误	500 Internal Server Error：服务器内部错误；502 Bad Gateway：网关或代理接收到无效响应；503 Service Unavailable：服务器临时不可用

在实际开发中，根据不同的状态码可以进行相应的处理。例如，当返回 404 状态码时，可以显示自定义的错误页面；当返回 500 状态码时，需要记录错误日志以便排查问题。

8. 什么是三次握手和四次挥手

三次握手是 TCP 建立连接的过程，确保双方都有发送和接收数据的能力；四次挥手是 TCP 断开连接的过程，确保双方都能正确关闭连接。

python

# 模拟三次握手
def three_way_handshake():
    print("Client: SYN, seq=x")
    print("Server: SYN+ACK, seq=y, ack=x+1")
    print("Client: ACK, ack=y+1")
    print("Connection established.")

# 模拟四次挥手
def four_way_wave():
    print("Client: FIN, seq=u")
    print("Server: ACK, ack=u+1")
    print("Server: FIN, seq=v")
    print("Client: ACK, ack=v+1")
    print("Connection closed.")

if __name__ == "__main__":
    print("Three-way handshake:")
    three_way_handshake()
    print("\nFour-way wave:")
    four_way_wave()

要点

三次握手：

客户端发送 SYN 包，请求建立连接。
服务器发送 SYN+ACK 包，同意建立连接并确认客户端请求。
客户端发送 ACK 包，确认服务器请求，连接建立。

四次挥手：

客户端发送 FIN 包，请求关闭连接。
服务器发送 ACK 包，确认客户端关闭请求。
服务器发送 FIN 包，请求关闭连接。
客户端发送 ACK 包，确认服务器关闭请求，连接断开。

三次握手和四次挥手是 TCP 协议保证连接可靠性的重要机制。在实际网络环境中，可能会出现丢包、超时等情况，需要通过重传机制来确保连接的正常建立和关闭。

9. 什么是 TCP 的 2MSL

MSL（Maximum Segment Lifetime）是指一个 TCP 分段在网络中最大的生存时间。2MSL 即两倍的 MSL 时间。在 TCP 连接关闭过程中，主动关闭连接的一方在发送最后一个 ACK 包后，会进入 TIME - WAIT 状态并保持 2MSL 时间。

python

# 模拟 TCP 连接关闭进入 TIME - WAIT 状态
def tcp_connection_close():
    print("Client sends FIN to close connection.")
    print("Server sends ACK.")
    print("Server sends FIN.")
    print("Client sends ACK and enters TIME - WAIT state for 2MSL.")

if __name__ == "__main__":
    tcp_connection_close()