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python的WebSocket编程详解，案例群聊系统实现

1.websocket相关

1.1为什么要用websocket

如果有需求要实现服务端向客户端主动推送消息时（比如聊天室，群聊室）有哪几种方案

  • 轮训：让浏览器每隔两秒发送一次请求，缺点：有延时，请求太多网站压力大；
  • 长轮训：客户端向服务端发送请求，服务端最多夯20秒，一旦有新的数据就立即返回断开请求
  • websocket：客户端和服务端创建链接请求不断开，实现双向通道。（推荐）

WebSocket 是一种在 Web 应用程序中实现双向通信的协议。相较于传统的 HTTP 请求-响应模式，WebSocket 提供了全双工的通信方式，使得服务器和客户端之间能够实时地进行双向数据传输。

下面是一些 WebSocket 的应用场景：

  1. 实时聊天：WebSocket 可以用于实时的聊天应用，例如在线客服系统、实时消息推送等。通过 WebSocket 协议，可以实现高效、低延迟的消息传递，提供更好的用户体验。
  2. 多人协作：WebSocket 可以用于多人协作应用，例如实时的协同编辑器、白板工具等。多个用户可以同时编辑共享的文档或画布，实时地看到其他用户的修改。
  3. 实时数据展示：WebSocket 可以用于实时监控和数据展示应用，例如股票行情图、实时天气预报等。通过 WebSocket，可以实时地获取最新的数据，并将其实时展示给用户。
  4. 游戏开发：WebSocket 在游戏开发中也发挥着重要作用。它可以用于实时的游戏对战、多人游戏中的实时交互等。通过 WebSocket，可以实现游戏中玩家之间的实时通信和数据传输。
  5. 远程监控：WebSocket 可以用于远程监控和控制应用，例如远程桌面、远程设备管理等。通过 WebSocket，可以实现实时的屏幕共享、远程操作等功能。

我基于websocket+Django写了一个简单的群聊系统。有感兴趣的同学可以参考我下面提供的源码进行学习，有不懂的，欢迎各位打扰！

下载链接：https://pan.baidu.com/s/1wLhkcRV-3awFz9XMxfWegQ?pwd=yyds
提取码：yyds

1.2websocket介绍

websocket 就是web版的socket

原来的Web中：

  • http协议，无状态，短链接

    • 需要客户端主动链接服务器
    • 客户端再向服务端发送消息，服务端接收消息在响应返回数据
    • 客户端收到数据
    • 断开请求链接

  • https协议，是http+对数据进行加密

我们在开发过程中想要保留一些状态信息，基于Cookie来做

现在web支持：

  • http/https协议，一次请求一次响应
  • websocket协议，创建持久的连接请求不断开，基于这个连接可以进行收发数据，用于【服务端向客户端主动推送消息】
    • web聊天室
    • 实时的图表，柱状图，饼图，投票。
1.3websocket原理

  • http协议

    • 连接
    • 数据传输
    • 断开链接

  • websocket协议，是建立在http协议之上

    • 连接，客户端发起

    • 握手（验证），客户端发送一个消息，服务端收到消息做一些特殊处理并返回。服务器端支持websocket协议。

      • 客户端向服务端发送

        GET /chatsocket HTTP/1.1
Host:127.0.0.1:8002
Connection:Upgrade
Pragma:no-cache
Cache-Control:no-cache
Upgrade:websocket
Origin:http://localhost:63342
Sec-WebSocket-Version:13
Sec-WebSocket-Key:mnwFxiOlctXFN/DeMt1Amg==
Sec-WebSocket-Extensions:permessage-deflate;client_max_window_bits
...
...

      • 服务器接收（重要）*

      Sec-WebSocket-Key:mnwFxiOlctXFN/DeMt1Amg==与 magic string 进行拼接
magic string = "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"
v1 = "mnwFxiOlctXFN/DeMt1Amg==" + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"
v2 = hmacl(v1)加密1
v3 = base64(v2)加密2

      • 如果服务端匹配成功返回客户端

        HTTP/1.1 101 Switching protocols
Upgrade:websocket
Connection:Upgrade
Sec-WebSocket-Accept:密文（v3）

    • 收到数据（加密）

      dfanfsdfmkdsgg;fnfsnfonaoiasdono;fsofnoskfaj

      • 先获取两个字节8位。例如10001010

      • 再获取第二个字节的后7位。例如0001010 ——》payload lens

        • =127 ，两个字节8位， 其他字节（4字节masking key + 用户数据）
        • =126 ，两个字节， 其他字节（4字节masking key + 用户数据）
        • <=125 ，两个字节8位， 其他字节（4字节masking key + 用户数据）

      • 获取masking Key 然后对数据进行解密

        var DECODED = " ";
for(var i = 0;i < DECODED.length;i++){
DECODED[i]= ENCODED[i]^ MASK[i%4];
}

    • 断开连接

      1.4Django + WebSocket

  • 安装websocket 第三方包

    Django默认不支持websocket，需要安装组件

     pip3 install channels

  • 配置

    • 注册channels

      INSTALLED_APPS = [
    'django.contrib.admin',
    'django.contrib.auth',
    'django.contrib.contenttypes',
    'django.contrib.sessions',
    'django.contrib.messages',
    'django.contrib.staticfiles',
    'channels'
]

      • 在setting.py中添加asgi_application

        ASGI_APPLICATION = "websocket.asgi.application"

      • 在asgi.py文件中修改

        import os
from django.core.asgi import get_asgi_application
from channels.routing import ProtocolTypeRouter,URLRouter
from . import routing
os.environ.setdefault('DJANGO_SETTINGS_MODULE', 'websocketp.settings')

# application = get_asgi_application()
application = ProtocolTypeRouter({
    "http": get_asgi_application(),
    "websocket": URLRouter(routing.websocket_urlpatterns),
})

      • 在setting同级目录下创建websocket_urls.py

        from django.urls import re_path
from app01 import websocket_views

websocket_urlpatterns = [
    re_path()
]

      • 在app01目录下创建websocket_views.py,编写处理websocket的业务逻辑

        from channels.generic.websocket import WebsocketConsumer
from channels.exceptions import StopConsumer

class ChatConsumer(WebsocketConsumer):
    def websocket_connect(self, message):
        # 有客户端来向服务端发送websocket连接的请求时，自动触发
        # 服务端允许和客户端创建连接
        self.accept()
    def websocket_receive(self, message):
        # 浏览器基于websocket向服务端发送数据,自动触发接收客户端消息
        print(message)
        self.send("你好呀你好")
        self.close()  #表示服务器端主动断开连接
    def websocket_disconnect(self, message):
        # 客户端与服务器断开连接时,自动触发
        print("断开连接")
        raise StopConsumer()

    • 在Django中：

      • WSGI：在以前的学习Django，都是用WSGI
      • ASGI：WSGI+异步编程+websocket
1.5聊天室

  • 访问地址看到聊天室的页面，http请求

  • 让客户端主动向服务端发起websocket连接，服务端接收连接后通过（握手）。

    • 客户端，websocket。

      socket = new WebSocket("ws://localhost:8000/room/123/");

    • 服务端 握手并连接成功

      from channels.generic.websocket import WebsocketConsumer
from channels.exceptions import StopConsumer

class ChatConsumer(WebsocketConsumer):
    def websocket_connect(self, message):
        print("有人来连接了....")
        # 有客户端来向服务端发送websocket连接的请求时，自动触发
        # 服务端允许和客户端创建连接(握手)
        self.accept()

    • 收发消息

    • 收发消息（客户端的向服务端发消息）

      • 客户端

      • 服务端

        from channels.generic.websocket import WebsocketConsumer
from channels.exceptions import StopConsumer

class ChatConsumer(WebsocketConsumer):
    def websocket_connect(self, message):
        print("有人来连接了....")
        # 有客户端来向服务端发送websocket连接的请求时，自动触发
        # 服务端允许和客户端创建连接(握手)
        self.accept()
    def websocket_receive(self, message):
        # 浏览器基于websocket向服务端发送数据,自动触发接收客户端消息
        print("接收到消息了",message)

  • 收发消息（服务端给客户端发消息）

    • 服务端

      from channels.generic.websocket import WebsocketConsumer
from channels.exceptions import StopConsumer

class ChatConsumer(WebsocketConsumer):
    def websocket_connect(self, message):
        print("有人来连接了....")
        # 有客户端来向服务端发送websocket连接的请求时，自动触发
        # 服务端允许和客户端创建连接(握手)
        self.accept()
        # 服务端给客户端发消息
        self.send("来了呀客官")         ### 服务端给客户端发消息

    • 客户端

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    命令如下：sudo gedit  /etc/apt/sources.list1、deb http://mirrors.ustc.edu.cn/CRAN/bin/linux/ubuntu/ precise/ 2、deb http://dk.archive.ubuntu.com/ubuntu hardy universesudo apt-key adv --keyserver ke
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