Python的Socket编程过程中实现UDP端口复用的实例分享

1. 什么是UDP端口复用

在网络编程中，当我们使用UDP协议进行通信时，往往会遇到同时绑定同一个端口号出现“端口已被占用”的情况，因此就需要UDP端口复用。UDP端口复用可以让多个进程或线程共享同一个端口号，实现多个进程或线程同时监听同一个端口。

1. Python实现UDP端口复用的方法

在Python的Socket编程中，我们可以通过设置Socket的Socket选项来实现UDP端口复用。具体而言，只需要调用Socket对象的setsockopt()方法，并传递两个参数，即所需Socket选项的级别和选项名，以及所需设置的选项值即可。下面是具体的代码示例：

import socket

UDP_IP = '127.0.0.1'
UDP_PORT = 5005

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 开启UDP端口复用
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

sock.bind((UDP_IP, UDP_PORT))
print("listening on {}:{}".format(UDP_IP, UDP_PORT))
while True:
    data, addr = sock.recvfrom(1024)
    print("received message: {}".format(data.decode()))

在上述代码中，我们使用了Python内置的socket库，创建了一个UDP Socket对象 sock，并设置了该Socket对象的地址族为IPV4，协议类型为UDP。在绑定Socket对象到指定的IP地址和端口号之前，我们调用了setsockopt()方法设置了Socket选项 SO_REUSEADDR，开启 UDP 端口复用功能。最后，利用while循环不断接收从发送端传来，并输出接收到的信息即可。

1. 示例说明

(1) 基于多线程的UDP端口复用

可以在UDP端口复用的情况下，在同一端口上启动多个线程。每个线程都监听来自该端口的数据包。以下是一个简单的示例：

from threading import Thread
import socket

UDP_IP = '127.0.0.1'
UDP_PORT = 5005


class UDPThread(Thread):
    def __init__(self, sock, addr):
        super().__init__()
        self.sock = sock
        self.addr = addr

    def run(self):
        while True:
            data = self.sock.recvfrom(1024)
            print("Received message from {}:{}: {}\n".format(self.addr[0], self.addr[1], data))


sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sock.bind((UDP_IP, UDP_PORT))

threads = []
for i in range(3):
    t = UDPThread(sock, sock.getsockname())
    t.start()
    threads.append(t)

for t in threads:
    t.join()

在上面这个示例中，我们使用多线程的方法进行UDP端口复用。我们创建了一个名为UDPThread的Thread子类，该类的实例可以用来创建线程。在线程的run()方法中，我们调用了Socket对象的recvfrom()方法，来接收发送端发送的数据。最后，我们创建了3个线程，分别来监听该端口，以达到复用的目的。

(2) 基于多进程的UDP端口复用

与基于多线程的UDP端口复用相似，我们同样可以在同一端口上启动多个进程。以下是一个简单的示例：

from multiprocessing import Process
import socket

UDP_IP = '127.0.0.1'
UDP_PORT = 5005


class UDPProcess(Process):
    def __init__(self, sock, addr):
        super().__init__()
        self.sock = sock
        self.addr = addr

    def run(self):
        while True:
            data = self.sock.recvfrom(1024)
            print("Received message from {}:{}: {}\n".format(self.addr[0], self.addr[1], data))


sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sock.bind((UDP_IP, UDP_PORT))

processes = []
for i in range(3):
    p = UDPProcess(sock, sock.getsockname())
    p.start()
    processes.append(p)

for p in processes:
    p.join()

在上面这个示例中，我们使用多进程的方法进行UDP端口复用。除了使用了不同的子进程来监听该端口以外，该示例与基于多线程的UDP端口复用的示例基本相同。