python基于socket实现WebSocket简易实现

基于socket包，简易websocket客户端服务端实现，可通过客户端发送消息至服务端，服务端接受消息。

python中socket、socketio、flask-socketio、WebSocket的区别与联系—TCP/IP原理图

socket 是通信的基础，并不是一个协议，Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族和UDP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组python基础教程织数据，以符合指定的协议。
WebSocket 是html5新增加的一种通信协议,可以类比于http协议。常见的应用方式如弹幕、web在线游戏。
socketio 是基于socket连接后(并没有自己实现socket的链接而是复用了web框架或gevent、eventlet中的socket)对网络输入输出流的处理，封装了send、emit、namespace、asyncio 、订阅等接口，同时扩展使用了redis、rabbitmq消息队列的方式与其他进程通信。
flask-socketio 是socketio对flask的适配，封装了emit、send和关于room的操作。
select的链接、发送等底层操作还是在flask中做的，socketio对其做了抽象。使用threading模式时并没有自己实现socket的链接而是复用了web框架的socket，也可以指定使用gevent和eventlet中的select多路复用已提高性能。
什么是websock？

它的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。

特点：

（1）建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
（2）与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。
（3）数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
（4）可以发送文本，也可以发送二进制数据。
（5）没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。
（6）协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。

如何实现websocket服务器-理论篇

本篇主要为服务端，可实现客户端向服务端发送信息

服务端

#!/usr/bin/env python  
# encoding: utf-8  
""" 
@version: v1.0 
@author: W_H_J 
@license: Apache Licence  
@contact: [email protected] 
@software: PyCharm 
@file: serverTest.py 
@time: 2019/2/19 9:49 
@describe: 基于socket 的websocket服务端
连接成功可查看浏览器的network headers部分状态是否为101
"""
import sys
import os
import base64
import hashlib
import socket
sys.path.append(os.path.abspath(os.path.dirname(__file__) + '/' + '..'))
sys.path.append("..")
 
sock = socket.socket()
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# 绑定host，默认端口5000
sock.bind(("0.0.0.0", 5000))
sock.listen(5)
 
 
def get_headers(data):
    """
    将请求头转换为字典
    :param data: 解析请求头的data
    :return: 请求头字典
    """
    header_dict = {}
    data = str(data, encoding="utf-8")
    """
    请求头格式：
    b'
        GET / HTTP/1.1\r\n
        Host: 127.0.0.1:8080\r\n
        Connection: Upgrade\r\n
        Pragma: no-cache\r\n
        Cache-Control: no-cache\r\n
        Upgrade: websocket\r\n
        Origin: http://localhost:63342\r\n
        Sec-WebSocket-Version: 13\r\n
        User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/60.0.3112.90 Safari/537.36\r\n
        Accept-Encoding: gzip, deflate, br\r\n
        Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8\r\n
        Sec-WebSocket-Key: +uL/aiakjNABjEoMzAqm6Q==\r\n
        Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits\r\n\r\n'
    """
    header, body = data.split("\r\n\r\n", 1)  # 因为请求头信息结尾都是\r\n,并且最后末尾部分是\r\n\r\n；
                                              # 所以以此分割
    header_list = header.split("\r\n")
    for i in range(0, len(header_list)):
        if i == 0:
            if len(header_list[0].split(" ")) == 3:
                header_dict['method'], header_dict['url'], header_dict['protocol'] = header_list[0].split(" ")
        else:
            k, v = header_list[i].split(":", 1)
            header_dict[k] = v.strip()
    return header_dict
 
 
def get_data(info):
    """
    对返回消息进行解码
    :param info: 原始消息
    :return: 解码之后的汉字
    """
    payload_len = info[1] & 127
    if payload_len == 126:
        extend_payload_len = info[2:4]
        mask = info[4:8]
        decoded = info[8:]
    elif payload_len == 127:
        extend_payload_len = info[2:10]
        mask = info[10:14]
        decoded = info[14:]
    else:
        extend_payload_len = None
        mask = info[2:6]
        decoded = info[6:]
    bytes_list = bytearray()  # 使用字节将数据全部收集，再去字符串编码，这样不会导致中文乱码
    for i in range(len(decoded)):
        chunk = decoded[i] ^ mask[i % 4]  # 解码方式
        bytes_list.append(chunk)
    body = str(bytes_list, encoding='utf-8')
    return body
 
 
# 等待用户连接
conn, addr = sock.accept()
print("conn from==>", conn, addr)
# 获取握手消息，magic string ,sha1加密
# 发送给客户端
# 握手消息
data = conn.recv(8096)
headers = get_headers(data)
 
# 对请求头中的sec-websocket-key进行加密
response_tpl = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n" \
               "Upgrade:websocket\r\n" \
               "Connection: Upgrade\r\n" \
               "Sec-WebSocket-Accept: %s\r\n" \
               "WebSocket-Location: ws://%s%s\r\n\r\n"
 
magic_string = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'
# 确认握手Sec-WebSocket-Key固定格式：headers头部的Sec-WebSocket-Key+'258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'
value = headers['Sec-WebSocket-Key'] + magic_string
ac = base64.b64encode(hashlib.sha1(value.encode('utf-8')).digest())
response_str = response_tpl % (ac.decode('utf-8'), headers['Host'], headers['url'])
 
# 响应【握手】信息
conn.send(bytes(response_str, encoding='utf-8'))
 
# 可以进行通信--接收客户端发送的消息
while True:
    data = conn.recv(8096)
    data = get_data(data)
    print("Receive msg==>", data)

客户端

html>
    <head>
        <meta charset="utf-8">
    head>
    <body> 
        <h3>WebSocketTesth3>
        <div id="login">
            <div>
                <input id="serverIP" type="text" placeholder="服务器IP" value="127.0.0.1" autofocus="autofocus" />
                <input id="serverPort" type="text" placeholder="服务器端口" value="5000" />
                <input id="btnConnect" type="button" value="连接" onclick="connect()" />
            div>
            <div>
                <input id="sendText" type="text" placeholder="发送文本" value="I'm WebSocket Client Test Msg!" />
                <input id="btnSend" type="button" value="发送" onclick="send()" />
            div>
        div>
    body>
    <script>
        var socket;
 
        function connect() {
            var host = "ws://" + $("serverIP").value + ":" + $("serverPort").value + "/"
            socket = new WebSocket(host);
            try {
 
                socket.onopen = function (msg) {
                    $("btnConnect").disabled = true;
                    alert("连接成功！");
                };
 
                socket.onmessage = function (msg) {
                    if (typeof msg.data == "string") {
                        displayContent(msg.data);
                    }
                    else {
                        alert("非文本消息");
                    }
                };
 
                socket.onclose = function (msg) { alert("socket closed!") };
            }
            catch (ex) {
                log(ex);
            }
        }
 
        function send() {
            var msg = $("sendText").value
            socket.send(msg);
        }
 
        window.onbeforeunload = function () {
            try {
                socket.close();
                socket = null;
            }
            catch (ex) {
            }
        };
 
        function $(id) { return document.getElementById(id); }
        function onkey(event) { if (event.keyCode == 13) { send(); } }
    script>
html>