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Django使用channels + websocket打造在线聊天室

作者：大江狗　　发布时间：2022-01-05 11:16:26　

标签：Django,在线聊天室,channels,websocket

什么是websocket?

WebSocket 是 HTML5 开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。WebSocket 使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在 WebSocket API 中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是 Ajax 轮询。轮询是在特定的的时间间隔（如每1秒），由浏览器对服务器发出HTTP请求，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统的模式带来很明显的缺点，即浏览器需要不断的向服务器发出请求，然而HTTP请求可能包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，显然这样会浪费很多的带宽等资源。Websocket能更好的节省服务器资源和带宽，并且能够更实时地进行通讯，早已成为一种非常流行必须掌握的技术。

第一步准备工作

首先在虚拟环境中安装django和channels(本项目使用了最新版本，均为3.X版本), 新建一个名为myproject的项目，新建一个app名为chat。如果windows下安装报错，如何解决自己网上去找吧。

pip install django==3.2.3 pip install channels==3.0.3

修改settings.py, 将channels和chat加入到INSTALLED_APPS里，并添加相应配置，如下所示：

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

# 设置ASGI应用
ASGI_APPLICATION = 'myproject.asgi.application'

# 设置通道层的通信后台 - 本地测试用
CHANNEL_LAYERS = {
"default": {
"BACKEND": "channels.layers.InMemoryChannelLayer"
}
}

注意：本例为了简化代码，使用了InMemoryChannelLayer做通道层(channel_layer)的通信后台，实际生产环境中应该需要使用redis作为后台。这时你还需要安装redis和channels_redis，然后添加如下配置：

# 生产环境中使用redis做后台，安装channels_redis
CHANNEL_LAYERS = {
"default": {
"BACKEND": "channels_redis.core.RedisChannelLayer",
"CONFIG": {
"hosts": [("127.0.0.1", 6379)],
#或"hosts": [os.environ.get('REDIS_URL', 'redis://127.0.0.1:6379/1')],
},
},
}

最后将chat应用的urls.py加入到项目urls.py中去，这和常规Django项目无异。

# myproject/urls.py

from django.conf.urls import include
from django.urls import path
from django.contrib import admin

urlpatterns = [
path('chat/', include('chat.urls')),
path('admin/', admin.site.urls),
]

第二步编写聊天室页面

我们需要利用django普通视图函数编写两个页面，一个用于展示首页(index), 通过表单让用户输入聊天室的名称(room_name)，然后跳转到相应聊天室页面；一个页面用于实时展示聊天信息记录，并允许用户发送信息。

这两个页面对应的路由及视图函数如下所示：

# chat/urls.py
from django.urls import path
from . import views

urlpatterns = [
path('', views.index, name='index'),
path('<str:room_name>/', views.room, name='room'),
]

# chat/views.py
from django.shortcuts import render

def index(request):
return render(request, 'chat/index.html', {})

def room(request, room_name):
return render(request, 'chat/room.html', {
'room_name': room_name
})

接下来我们编写两个模板文件index.html和room.html。它们的路径位置如下所示：

chat/
__init__.py
templates/
chat/
index.html
room.html
urls.py
views.py

index.html内容如下所示。它也基本不涉及websocket，就是让用户输入聊天室后进行跳转。

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8"/>
<title>Chat Rooms</title>
</head>
<body>
请输入聊天室名称：
<input id="room-name-input" type="text" size="100">
<input id="room-name-submit" type="button" value="Enter">

<script>
document.querySelector('#room-name-input').focus();
document.querySelector('#room-name-input').onkeyup = function(e) {
if (e.keyCode === 13) { // enter, return
document.querySelector('#room-name-submit').click();
}
};

document.querySelector('#room-name-submit').onclick = function(e) {
var roomName = document.querySelector('#room-name-input').value;
window.location.pathname = '/chat/' + roomName + '/';
};
</script>
</body>
</html>

room.html内容如下所示。为了帮助你理解前后端是怎么实现websocket实时通信的，我给每行js代码添加了注释，这对于你理解前端如何发送websocket的请求，如果处理后端发过来的websocket消息至关重要。

<script>
// 获取房间名
const roomName = JSON.parse(document.getElementById('room-name').textContent);

// 根据roomName拼接websocket请求地址，建立长连接
// 请求url地址为/ws/chat/<room_name>/
const wss_protocol = (window.location.protocol == 'https:') ? 'wss://': 'ws://';
const chatSocket = new WebSocket(
wss_protocol + window.location.host + '/ws/chat/' + roomName + '/'
);

// 建立websocket连接时触发此方法，展示欢迎提示
chatSocket.onopen = function(e) {
document.querySelector('#chat-log').value += ('[公告]欢迎来到' + roomName + '讨论群。请文明发言!\n')
}

// 从后台接收到数据时触发此方法
// 接收到后台数据后对其解析，并加入到聊天记录chat-log
chatSocket.onmessage = function(e) {
const data = JSON.parse(e.data);
document.querySelector('#chat-log').value += (data.message + '\n');
};

// websocket连接断开时触发此方法
chatSocket.onclose = function(e) {
console.error('Chat socket closed unexpectedly');
};

document.querySelector('#chat-message-input').focus();
document.querySelector('#chat-message-input').onkeyup = function(e) {
if (e.keyCode === 13) { // enter, return
document.querySelector('#chat-message-submit').click();
}
};

// 每当点击发送消息按钮，通过websocket的send方法向后台发送信息。
document.querySelector('#chat-message-submit').onclick = function(e) {
const messageInputDom = document.querySelector('#chat-message-input');
const message = messageInputDom.value;

//注意这里:先把文本数据转成json格式,然后调用send方法发送。
chatSocket.send(JSON.stringify({
'message': message
}));
messageInputDom.value = '';
};
</script>

此时如果你使用python manage.py runserver命令启动测试服务器，当你访问一个名为/hello/的房间时，你将看到如下页面：

到这里你看不到任何聊天记录，也不能发送任何消息，因为我们还没有在后端编写任何代码用于处理前端发来的消息，并返回数据。在终端你还会看到如下报错, 说Django只能处理http连接，不能处理websocket。

到目前为止，我们所写的就是一个普通的django应用，还没有用到channels库处理websocket请求。接下来我们就要正式开始使用channels了。

第三步编写后台websocket路由及处理方法

当 Django 接受 HTTP 请求时, 它会根据根 URLconf 以查找视图函数, 然后调用视图函数来处理请求。同样, 当 channels 接受 WebSocket 连接时, 它也会根据根路由配置去查找相应的处理方法。只不过channels的路由不在urls.py中配置，处理方法也不写在views.py。在channels中，这两个文件分别变成了routing.py和consumers.py。这样的好处是不用和django的常规应用混在一起。

routing.py：websocket路由文件，相当于django的urls.py。它根据websocket请求的url地址触发consumers.py里定义的方法。
consumers.py：相当于django的视图views.py，负责处理通过websocket路由转发过来的请求和数据。

在chat应用下新建routing.py, 添加如下代码。它的作用是将发送至ws/chat/<room_name>/的websocket请求转由ChatConsumer处理。

# chat/routing.py
from django.urls import re_path

from . import consumers

websocket_urlpatterns = [
re_path(r'ws/chat/(?P<room_name>\w+)/$', consumers.ChatConsumer.as_asgi()),
]

注意：定义websocket路由时，推荐使用常见的路径前缀 (如/ws) 来区分 WebSocket 连接与普通 HTTP 连接，因为它将使生产环境中部署 Channels 更容易，比如nginx把所有/ws的请求转给channels处理。

与Django类似，我们还需要把这个app的websocket路由加入到项目的根路由中去。编辑myproject/asgi.py, 添加如下代码：

# myproject/asgi.py
import os

from channels.auth import AuthMiddlewareStack
from channels.routing import ProtocolTypeRouter, URLRouter
from django.core.asgi import get_asgi_application
import chat.routing

os.environ.setdefault("DJANGO_SETTINGS_MODULE", "myproject.settings")

application = ProtocolTypeRouter({
# http请求使用这个
"http": get_asgi_application(),

# websocket请求使用这个
"websocket": AuthMiddlewareStack(
URLRouter(
chat.routing.websocket_urlpatterns
)
),
})

在这里，channels的ProtocolTypeRouter会根据请求协议的类型来转发请求。AuthMiddlewareStack将使用对当前经过身份验证的用户的引用来填充连接的scope, 类似于 Django 的request对象，我们后面还会讲到。

接下来在chat应用下新建consumers.py, 添加如下代码:

import json
from asgiref.sync import async_to_sync
from channels.generic.websocket import WebsocketConsumer
import datetime

class ChatConsumer(WebsocketConsumer):
# websocket建立连接时执行方法
def connect(self):
# 从url里获取聊天室名字，为每个房间建立一个频道组
self.room_name = self.scope['url_route']['kwargs']['room_name']
self.room_group_name = 'chat_％s' ％ self.room_name

# 将当前频道加入频道组
async_to_sync(self.channel_layer.group_add)(
self.room_group_name,
self.channel_name
)

# 接受所有websocket请求
self.accept()

# websocket断开时执行方法
def disconnect(self, close_code):
async_to_sync(self.channel_layer.group_discard)(
self.room_group_name,
self.channel_name
)

# 从websocket接收到消息时执行函数
def receive(self, text_data):
text_data_json = json.loads(text_data)
message = text_data_json['message']

# 发送消息到频道组，频道组调用chat_message方法
async_to_sync(self.channel_layer.group_send)(
self.room_group_name,
{
'type': 'chat_message',
'message': message
}
)

# 从频道组接收到消息后执行方法
def chat_message(self, event):
message = event['message']
datetime_str = datetime.datetime.now().strftime('％Y-％m-％d ％H:％M:％S')

# 通过websocket发送消息到客户端
self.send(text_data=json.dumps({
'message': f'{datetime_str}:{message}'
}))

每个自定义的Consumer类一般继承同步的WebsocketConsumer类或异步的AysncWebSocketConsumer类，它自带 self.channel_name 和self.channel_layer 属性。前者是独一无二的长连接频道名，后者提供了 send(), group_send()和group_add() 3种方法, 可以给单个频道或一个频道组发信息，还可以将一个频道加入到组。

每个频道(channel)都有一个名字。拥有频道名称的任何人都可以向频道发送消息。

一个组(group)有一个名字。具有组名称的任何人都可以按名称向组添加/删除频道，并向组中的所有频道发送消息。

注意：虽然异步Consumer类性能更优，channels推荐使用同步consumer类 , 尤其是调用Django ORM或其他同步程序时，以保持整个consumer在单个线程中并避免ORM查询阻塞整个event。调用channel_layer提供的方法时需要用async_to_sync转换一下。

除此以外，我们还使用了self.scope['url_route']['kwargs']['room_name']从路由中获取了聊天室的房间名，在channels程序中，scope是个很重要的对象，类似于django的request对象，它代表了当前websocket连接的所有信息。你可以通过scope['user']获取当前用户对象，还可以通过scope['path']获取当前当前请求路径。

第四步运行看效果

如果不出意外，你现在的项目布局应该如下所示：

连续运行如下命令，就可以看到我们文初的效果啦。

python manage.py makemigrations

python manage.py migrate

python manage.py runserver

小结

我们已经使用django + channels 写了个在线聊天小应用了，现在来总结下我们所学的知识吧。

websocket属于全双工通讯的协议，可以在服务器和客户端之间保持长连接，实现双向数据传输。
前端创建websocket对象后可以通过onmessage监听并处理后端返回的数据，可以通过send方法向后端发送数据。
channels对应websocket的路由和处理方法分别写在routing.py和consumers.py文件里，相当于django的urls.py和views.py。
每个频道(channel)都有一个名字，拥有频道名称的任何人都可以向频道发送消息。一个组(group)有一个名字，可以包含多个频道。
每个自定义的Consumer类自带 self.channel_name 和self.channel_layer 属性。前者是独一无二的频道名，后者提供了 send(), group_send()和group_add() 3种方法。
在channels程序中，scope是个很重要的对象，类似于django的request对象，它代表了当前websocket连接的所有信息，比如scope['user'], scope['path']。

本文的知识你学会了吗? 学到了就点个赞吧！下期我们将利用channels + celery + redis打造个聊天机器人，欢迎关注!

来源：https://mp.weixin.qq.com/s/BBrtPs-yxQPMSB78ufwKqQ

投稿

Django使用channels + websocket打造在线聊天室

目录

什么是websocket?

第一步准备工作

第二步编写聊天室页面

第三步编写后台websocket路由及处理方法

第四步运行看效果

小结

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