websocket实现服务端主动给客户端推送消息

websocket实现服务端主动给客户端推送消息

HTTP协议中的四大特性中有无链接：一次请求一次响应后断开链接，因此基于HTTP协议实现服务端改客户端主动推送消息有点麻烦

1. 服务端给客户端主动推送消息有以下应用情景：

  • 大屏幕投票实时展示

  • 任务的执行流程

  • 群聊功能

  • 等等 ...

2. 如何实现服务端给客户端主动推送消息

大的方向有两种方式：

1. 伪实现

让客户端浏览器每隔一段时间偷偷的去服务器请求数据，这样能实现效果，但是内部本质还是客户端朝服务端发送消息

  • 轮询

    """
让浏览器定时(例如每隔5秒发一次)通过ajax朝服务端发送请求获取数据

缺点:
    消息延迟严重
    请求次数多 消耗资源过大
"""

  • 长轮询

    """
服务端给每个浏览器创建一个队列，让浏览器通过ajax向后端偷偷的发送请求，去各自对应的队列中获取数据，如果没有数据则会有阻塞，
    但是不会一直阻塞，比如最多阻塞30秒(pending)后给一个响应，无论响应是否是真正的数据，都会再次通过回调函数调用请求数据的代码

优点:
    消息基本没有延迟
    请求次数降低 消耗资源减少
    """
# 大公司需要考虑兼容性问题 追求兼容 目前网页版本的微信和qq用的就是长轮询

基于ajax、队列、异常处理实现长轮询简易版群聊功能

1. ajax操作：异步提交，局部刷新，可以使用他来向服务端偷偷地发送请求

$.ajax({
  url:'',  # 控制后端提交路径
  type:'',  # 控制请求方式 
  data:{},  # 控制提交的数据
  dataType:"JSON",  # django后端用HttpResponse返回json格式字符串，args不会自动反序列化，拿到的还是json格式字符串string字符类型，而如果是用JsonResponse返回的那么args会自动返序列化成前端js的对象类型
  success:function(args){
      # 异步回调机制
})
  
def index(request):
    if request.method == 'POST':
        back_dic = {'msg':'hahaha'}
        return HttpResponse(json.dumps(back_dic))  #     需要
        return JsonResponse(back_dic)  # 不需要
    return render(request,'index.html')
# 后续在写ajax请求的时候建议你加上dataType参数
ajax回顾

2. 队列：先进先出，Python中有queue帮我们实现

import queue

# 创建一个队列
q = queue.Queue()

# 往队列中添加数据
q.put(111)
q.put(222)

# 从队列中取数据
v1 = q.get()
v2 = q.get()
# v3 = q.get()  # 没有数据原地阻塞直到有数据
# v4 = q.get_nowait()  # 没有数据直接报错
try:
    v5 = q.get(timeout=3)  # 没有数据等待10s再没有就报错 queue.Empty
except queue.Empty as e:
    pass
print(v1,v2)

# 实际生产中不会使用上述的消息队列 会使用功能更加的强大的
"""
消息队列
    redis
    kafka
    rebittMQ
"""
queue队列回顾

基于ajax与队列其实就可以实现服务端给客户端推送消息的效果

服务端给每一个客户端维护一个队列，然后再浏览器上面通过ajax请求朝对应队列获取数据，没有数据就原地阻塞(pending状态)，有就直接拿走渲染即可

群聊:获取群聊中某个人发送的消息，将该消息给每一个队列

3. 递归：Python的递归深度官网是1000，是没有递归优化的，js中没有递归概念，可以自己调自己

# python中有最大递归限制 997 998 官网给出的是1000
"""
在python中是没有尾递归优化的！！！
"""
def func():
  func()
func()  # 不行

# 在js中 是没有递归的概念的 函数可以自己调用自己 属于正常的事件机制
function func1(){
  $.ajax({
    url:'',
    type:'',
    data:'',
    dataType:'JSON',
    success:function({
      func1()  # 可以
    })
  })
}
func1()
js可以自己调自己，Python不行
import queue

q_dict = {}  # {唯一标示:对应的队列,唯一标示:对应的队列}
def home(request):
    # 获取客户端浏览器的唯一标识
    name = request.GET.get('name')
    # 生成一一对应关系
    q_dict[name] = queue.Queue()
    return render(request,'home.html',locals())

def send_msg(request):
    if request.method == 'POST':
        # 获取用户发送的消息
        message = request.POST.get('content')
        print(message)
        # 将消息给所有的队列发送一份
        for q in q_dict.values():
            q.put(message)
        return HttpResponse('OK')

def get_msg(request):
    # 获取用户唯一标示
    name = request.GET.get('name')
    # 回去对应的队列
    q = q_dict.get(name)
    back_dic = {'status':True,'msg':''}
    try:
        data = q.get(timeout=10)
        back_dic['msg'] = data
    except queue.Empty as e:
        back_dic['status'] = False
    return JsonResponse(back_dic)
后端代码实现长轮询群聊功能
<h1>聊天室:{{ name }}</h1>
<input type="text" id="txt">
<button onclick="sendMsg()">提交</button>

<h1>聊天记录</h1>
<div class="record">

</div>

<script>
   function sendMsg() {
        // 朝后端发送消息
       $.ajax({
           url:'/send_msg/',
           type:'post',
           dataType:'JSON',
           data:{'content':$('#txt').val()},
           success:function (args) {

           }
       })
   }

   function getMsg() {
        // 偷偷的朝服务端要数据
        $.ajax({
            url:'/get_msg/',
            type:'get',
            data:{'name':'{{ name }}'},
            success:function (args) {
                if (args.status){
                    // 获取消息 动态渲染到页面上
                    // 1 创建一个p标签
                    var pEle = $('<p>');
                    // 2 给p标签设置文本内容
                    pEle.text(args.msg);
                    // 3 将p标签添加到div内部
                    $('.record').append(pEle)
                }
                getMsg()
            }
        })
   }
   // 页面加载完毕立刻执行
   $(function () {
        getMsg()
   })
</script>
前端代码

2. 真实现

  • Websocket（主流浏览器都支持）

网络协议：

  • HTTP：不加密传输
  • https：加密传输
  • websocket：加密传输，浏览器与服务端创建连接后默认不断开（TCP 客户端与服务端都可以recv和send），解决了服务端真正的主动给客户端发送消息

3. websocket原理

websoket 实现原理可以分为两部分

1. 握手环节(handshake): 用握手环节来验证服务端是否支持websocket

  1. 浏览器访问服务端后浏览器会生成一个随机字符串
  2. 浏览器将生成的随机字符串发送给服务端（基于HTTP协议放在请求头中），自己也保留一份
  3. 服务端和客户端都对该字符串进行处理：跟magic string（固定的）拼接后加密（sha1+base64）
  4. 服务端将生成的加密字符串发给浏览器（基于HTTP，响应头中），做比对，如果一致说明服务端支持websocket，如果不一致说明不支持websocket

2. 收发数据环节

基于网络传输的数据都是二进制的

  1. 先读取第二个字节后七位数据（payload）根据payload做不同的处理
  2. 后七位数据如果是：
    1. =127：继续往后读8个字节（数据报总共10个字节）
    2. =126：继续往后读两个字节（数据报总共4个字节）
    3. <=125：不再往后读取（数据报总共2个字节）
  3. 上述操作完成后会再往后读固定的4个字节数据(masking-key)
  4. 依据masking-key解析出真实的数据
import socket
import hashlib
import base64

# 正常的socket代码
sock = socket.socket()  # 默认就是TCP
# 避免mac本重启服务经常报地址被占用的错误
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sock.bind(('127.0.0.1', 8080))
sock.listen(5)


conn, address = sock.accept()
data = conn.recv(1024)  # 获取客户端发送的消息
# print(data.decode('utf-8'))

def get_headers(data):
    """
    将请求头格式化成字典
    :param data:
    :return:
    """
    header_dict = {}
    data = str(data, encoding='utf-8')

    header, body = data.split('\r\n\r\n', 1)
    header_list = header.split('\r\n')
    for i in range(0, len(header_list)):
        if i == 0:
            if len(header_list[i].split(' ')) == 3:
                header_dict['method'], header_dict['url'], header_dict['protocol'] = header_list[i].split(' ')
        else:
            k, v = header_list[i].split(':', 1)
            header_dict[k] = v.strip()
    return header_dict

def get_data(info):
    """
    按照websocket解密规则针对不同的数字进行不同的解密处理
    :param info:
    :return:
    """
    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()
    for i in range(len(decoded)):
        chunk = decoded[i] ^ mask[i % 4]
        bytes_list.append(chunk)
    body = str(bytes_list, encoding='utf-8')

    return body


header_dict = get_headers(data)  # 将一大堆请求头转换成字典数据  类似于wsgiref模块
client_random_string = header_dict['Sec-WebSocket-Key']  # 获取浏览器发送过来的随机字符串
magic_string = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'  # 全球共用的随机字符串 一个都不能写错
value = client_random_string + magic_string  # 拼接
ac = base64.b64encode(hashlib.sha1(value.encode('utf-8')).digest())  # 加密处理


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://127.0.0.1:8080\r\n\r\n"
response_str = tpl %ac.decode('utf-8')  # 处理到响应头中


# 基于websocket收发消息
conn.send(bytes(response_str,encoding='utf-8'))

while True:
    data = conn.recv(1024)
    # print(data)  # 加密数据 b'\x81\x89\n\x94\xac#\xee)\x0c\xc6\xaf)I\xb6\x80'
    value = get_data(data)
    print(value)
后端代码实现websocket

前端代码：

<script>
    var ws = new WebSocket('ws://127.0.0.1:8080/')
    // 这一句话帮你完成了握手环节所有的操作
    // 1 生成随机字符串
    // 2 对字符串做拼接和加码操作
    // 3 接受服务端返回的字符串做比对
</script>

4. Django中使用channels模块支持websocket

后端框架有的是不支持websocket的，是需要借助模块来实现的

"""
后端框架
django
    默认不支持websocket
    第三方模块:channels

flask
    默认不支持websocket
    第三方模块:geventwebsocket
    
tornado
    默认支持websocket
"""

Django下载第三方模块：channels

需要注意的点：

1. 版本不要用最新版的，推荐使用2.3，如果你安装最新版可能会出现自动将你本地的django版本升级为最新版

2. Python解释器最好使用3.6版本，不会带来未知错误

channels模块内部帮你封装了握手：加密解密等操作

安装：pip3 install channels==2.3

基本使用

1. 注册app

INSTALLED_APPS = [
    'channels'
]

注册完成后，django会无法启动，会直接报错

CommandError: You have not set ASGI_APPLICATION, which is needed to run the server.

2. 配置

# 2 配置变量
ASGI_APPLICATION = 'sendsys.routing.application'
# ASGI_APPLICATION = '项目名同名的文件名.文件夹下py文件名默认就叫routing.该py文件内部的变量名默认就叫application'

3. 去项目名同名的文件夹下建routing文件，定义application变量

from channels.routing import ProtocolTypeRouter,URLRouter
from django.conf.urls import url
from app01 import consumers

application = ProtocolTypeRouter({
    'websocket':URLRouter([
        # 书写websocket路由与视图函数对应关系
        url(r'^index/',consumers.XXXClass)  # CBV
    ])
})

上述配置完成后Django就即支持HTTP也支持websocket了，并且Django由wsgiref变为asgi启动

http 的在路由在urls.py中写，视图函数在views.py中写

websocket 路由在routing.py中写，视图函数在views.py的文件夹下新建一般叫做consumers.py文件中写， 只支持CBV

 

posted @ 2020-04-13 19:53  Mr沈  阅读(14228)  评论(0)  编辑  收藏  举报