websocket介绍

websocket应用

手动实现的websocket

你所见过的websocket

你一定见过在网站中,有一个游客聊天的聊天框,比如人人影视。这个聊天框是如何实现即时通讯的呢,就是用到了websocket

你可以打开浏览器的network,会看到有个ws://xxxxx,这就代表了是websocket做的

那么什么是websocket?

websocket就是一套协议。

看名字,虽然有个websocket,但他和http协议一样,也要走socket。

不同的是:http是短连接,处理完一个请求就断开;

​ websocket是连上就不断开,一直不断开,属于双工通道,服务端可以主动给客户端推送消息,客户端也可以主动给服务端推送消息

当某一个客户端发送一条消息,服务端接收以后,再推送给所有的客户端,所以才会呈现出所有人都在即时通讯的效果

服务端当然就是我们写的程序了,那客户端是浏览器,所以还需要浏览器支持才行。不要以为浏览器是都支持的,如果所有人都用chrome,前端开发工程师估计就没什么工作了。还有,如果所有的浏览器都支持,腾讯的webQQ,web微信,也不会使用长轮询来做这个事了。

来看一下具体的代码实现

import socket
import base64
import hashlib


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')

    for i in data.split('rn'):
        print(i)
    header, body = data.split('rnrn', 1)
    header_list = header.split('rn')
    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


sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sock.bind(('127.0.0.1', 8002))
sock.listen(5)

conn, address = sock.accept()
data = conn.recv(1024)

headers = get_headers(data)  # 提取请求头信息


# 对请求头中的sec-websocket-key进行加密
response_tpl = "HTTP/1.1 101 Switching Protocolsrn" 
               "Upgrade:websocketrn" 
               "Connection: Upgradern" 
               "Sec-WebSocket-Accept: %srn" 
               "WebSocket-Location: ws://%s%srnrn"

magic_string = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'       #固定的,魔法字符串就是这个字符串
value = headers['Sec-WebSocket-Key'] + magic_string
ac = base64.b64encode(hashlib.sha1(value.encode('utf-8')).digest()) #把返回消息加密


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'))

info = conn.recv(8096)


#下面是对浏览器发来的消息解密的过程
payload_len = info[1] & 127
if payload_len == 126:
    extend_payload_len = info[2:4]
    mask = info[4:8]
    decoded = info[8:] # 数据
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)):       #上面解密的最终结果,就是拿到这个decode,就是浏览器发来的真实的数据(加密的)
    chunk = decoded[i] ^ mask[i % 4]    #按位异或
    bytes_list.append(chunk)


body = str(bytes_list, encoding='utf-8')
print(body)

客户端向服务端发送的请求里,有 Sec-WebSocket-Key
这样一个key,服务端回消息的时候,就要拿到这个key,加密后再发给浏览器,浏览器会判断自己加密后的值,与浏览器处理的是否一致,一致才能连接。加密的方式,用到一个 magic_string
,其实就是一段固定的字符串 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11
,加密后打包发给浏览器,浏览器验证通过后就可以通讯了,再来看看客户端:

客户端就直接用浏览器运行这个html文件就行


    
    Title
    



    
var socket = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8002"); socket.onopen = function () { /* 与服务器端连接成功后,自动执行 */ var newTag = document.createElement('div'); newTag.innerHTML = "【连接成功】"; document.getElementById('content').appendChild(newTag); }; socket.onmessage = function (event) { /* 服务器端向客户端发送数据时,自动执行 */ var response = event.data; var newTag = document.createElement('div'); newTag.innerHTML = response; document.getElementById('content').appendChild(newTag); }; socket.onclose = function (event) { /* 服务器端主动断开连接时,自动执行 */ var newTag = document.createElement('div'); newTag.innerHTML = "【关闭连接】"; document.getElementById('content').appendChild(newTag); }; function sendMsg() { var txt = document.getElementById('txt'); socket.send(txt.value); txt.value = ""; } function closeConn() { socket.close(); var newTag = document.createElement('div'); newTag.innerHTML = "【关闭连接】"; document.getElementById('content').appendChild(newTag); }

这里面有三个方法:

  1. 连接上后,onopen会自动执行
  2. 发消息时,onmessage自动执行
  3. 断开连接,onclose自动执行

客户端发送给服务端的数据,还有一层加密,必须通过解密才能拿到正确的消息

payload_len = info[1] & 127
if payload_len == 126:
    extend_payload_len = info[2:4]
    mask = info[4:8]
    decoded = info[8:] # 数据
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)):       #上面解密的最终结果,就是拿到这个decode,就是浏览器发来的真实的数据(加密的)
    chunk = decoded[i] ^ mask[i % 4]    #按位异或
    bytes_list.append(chunk)


body = str(bytes_list, encoding='utf-8')

这段就是解密的过程,用到位运算

Django默认是不支持websocket的,虽然有个第三方的channels插件

但是tornado默认就支持

tornado实现websocket

如果用tornado,客户端不能直接用浏览器运行了,而应该是运行tornado的一个模板文件

服务端代码:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import uuid
import json
import tornado.ioloop
import tornado.web
import tornado.websocket


class IndexHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.render('index.html')


class ChatHandler(tornado.websocket.WebSocketHandler):
    # 用户存储当前聊天室用户
    waiters = set()
    # 用于存储历时消息
    messages = []

    def open(self):
        """
        客户端连接成功时,自动执行
        :return:
        """
        ChatHandler.waiters.add(self)
        uid = str(uuid.uuid4())
        self.write_message(uid)

        # 下面这段代码是给新加入的用户,显示历史信息的
        for msg in ChatHandler.messages:
            # {'uid':'xxx','message':asdfasd}
            content = self.render_string('message.html', **msg)
            self.write_message(content)

    def on_message(self, message):
        """
        客户端连发送消息时,自动执行
        :param message:
        :return:
        """
        msg = json.loads(message)
        ChatHandler.messages.append(msg)

        for client in ChatHandler.waiters:
            content = client.render_string('message.html', **msg)
            client.write_message(content)

    def on_close(self):
        """
        客户端关闭连接时,,自动执行
        :return:
        """
        ChatHandler.waiters.remove(self)


def run():
    settings = {
        'template_path': 'templates',       # 配置模板文件
        'static_path': 'static',            # 配置静态文件路径
    }
    application = tornado.web.Application([         # 配置路由
        (r"/", IndexHandler),
        (r"/chat", ChatHandler),
    ], **settings)
    application.listen(8009)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()


if __name__ == "__main__":
    run()

模板文件(客户端代码):


    
    Python聊天室


    
$(function () { wsUpdater.start(); }); var wsUpdater = { socket: null, uid: null, start: function() { var url = "ws://192.168.16.200:8009/chat"; wsUpdater.socket = new WebSocket(url); wsUpdater.socket.onmessage = function(event) { if(wsUpdater.uid){ wsUpdater.showMessage(event.data); }else{ wsUpdater.uid = event.data; } } }, showMessage: function(content) { $('#container').append(content); } }; function sendMsg() { var msg = { uid: wsUpdater.uid, message: $("#txt").val() }; wsUpdater.socket.send(JSON.stringify(msg)); }

原理都一样,但是用tornado实现起来,就清爽多了。

ps:再说一下腾讯的长轮询,如果你登录webQQ,或者web微信,你可以在network里面找到 pending的字样,这就是表示是使用的长轮询。

长轮询与轮询的区别就是:

​ 轮询是过来以后看到没消息就立马去走了,但是长轮询不会立马走,而是在这等30秒(约定的时间)之后,如果一直没有消息,才返回,下一次来在等30秒,直到有消息了,这样有个缺点就是,拿到的消息并不是即时的。那腾讯这么大的公司,为什么不用性能更好的websocket呢?原因就是他是个大公司,必须要考虑兼容性,必须要保证所有的浏览器都能使用才行。

你可以从这里拿到完整 的示例代码

https://github.com/zEllis/websocket_demo

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