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Python通過(guò)websocket與js客戶端通信示例分析

 更新時(shí)間：2014年06月25日 10:23:23   投稿：hebedich  
網(wǎng)站大多使用 HTTP 協(xié)議通信，而 HTTP 是無(wú)連接的協(xié)議。只有客戶端請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器端才能發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)答， HTTP 請(qǐng)求的包也比較大，如果只是很小的數(shù)據(jù)通信，開銷過(guò)大。于是，我們可以使用 websocket 這個(gè)協(xié)議，用最小的開銷實(shí)現(xiàn)面向連接的通信。

具體的 websocket 介紹可見 http://zh.wikipedia.org/wiki/WebSocket 

這里，介紹如何使用 Python 與前端 js 進(jìn)行通信。

websocket 使用 HTTP 協(xié)議完成握手之后，不通過(guò) HTTP 直接進(jìn)行 websocket 通信。

于是，使用 websocket 大致兩個(gè)步驟：使用 HTTP 握手，通信。

js 處理 websocket 要使用 ws 模塊； Python 處理則使用 socket 模塊建立 TCP 連接即可，比一般的 socket ，只多一個(gè)握手以及數(shù)據(jù)處理的步驟。

握手

過(guò)程

包格式

js 客戶端先向服務(wù)器端 python 發(fā)送握手包，格式如下：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

服務(wù)器回應(yīng)包格式：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

其中， Sec-WebSocket-Key 是隨機(jī)的，服務(wù)器用這些數(shù)據(jù)構(gòu)造一個(gè) SHA-1 信息摘要。

方法為： key+migic ， SHA-1  加密， base-64 加密，如下：

Python 中的處理代碼

MAGIC_STRING = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'
res_key = base64.b64encode(hashlib.sha1(sec_key + MAGIC_STRING).digest())

握手完整代碼

js 端

js 中有處理 websocket 的類，初始化后自動(dòng)發(fā)送握手包，如下：

var socket = new WebSocket('ws://localhost:3368');

Python 端

Python 用 socket 接受得到握手字符串，處理后發(fā)送

HOST = 'localhost'
PORT = 3368
MAGIC_STRING = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'
HANDSHAKE_STRING = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n" \
      "Upgrade:websocket\r\n" \
      "Connection: Upgrade\r\n" \
      "Sec-WebSocket-Accept: {1}\r\n" \
      "WebSocket-Location: ws://{2}/chat\r\n" \
      "WebSocket-Protocol:chat\r\n\r\n"
 
def handshake(con):
#con為用socket，accept()得到的socket
#這里省略監(jiān)聽，accept的代碼,具體可見blog：http://blog.csdn.net/ice110956/article/details/29830627
 headers = {}
 shake = con.recv(1024)
 
 if not len(shake):
  return False
 
 header, data = shake.split('\r\n\r\n', 1)
 for line in header.split('\r\n')[1:]:
  key, val = line.split(': ', 1)
  headers[key] = val
 
 if 'Sec-WebSocket-Key' not in headers:
  print ('This socket is not websocket, client close.')
  con.close()
  return False
 
 sec_key = headers['Sec-WebSocket-Key']
 res_key = base64.b64encode(hashlib.sha1(sec_key + MAGIC_STRING).digest())
 
 str_handshake = HANDSHAKE_STRING.replace('{1}', res_key).replace('{2}', HOST + ':' + str(PORT))
 print str_handshake
 con.send(str_handshake)
return True

通信

不同版本的瀏覽器定義的數(shù)據(jù)幀格式不同， Python 發(fā)送和接收時(shí)都要處理得到符合格式的數(shù)據(jù)包，才能通信。

Python 接收

Python 接收到瀏覽器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，要解析后才能得到其中的有用數(shù)據(jù)。

瀏覽器包格式

固定字節(jié)：

（ 1000 0001 或是 1000 0002 ）這里沒用，忽略

包長(zhǎng)度字節(jié)：

第一位肯定是 1 ，忽略。剩下 7 個(gè)位可以得到一個(gè)整數(shù) (0 ~ 127) ，其中

（ 1-125 ）表此字節(jié)為長(zhǎng)度字節(jié)，大小即為長(zhǎng)度；

（126）表接下來(lái)的兩個(gè)字節(jié)才是長(zhǎng)度；

（127）表接下來(lái)的八個(gè)字節(jié)才是長(zhǎng)度；

用這種變長(zhǎng)的方式表示數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，節(jié)省數(shù)據(jù)位。

mark 掩碼：

mark 掩碼為包長(zhǎng)之后的 4 個(gè)字節(jié)，之后的兄弟數(shù)據(jù)要與 mark 掩碼做運(yùn)算才能得到真實(shí)的數(shù)據(jù)。

兄弟數(shù)據(jù)：

得到真實(shí)數(shù)據(jù)的方法：將兄弟數(shù)據(jù)的每一位 x ，和掩碼的第 i%4 位做 xor 運(yùn)算，其中 i 是 x 在兄弟數(shù)據(jù)中的索引。

完整代碼

def recv_data(self, num):
 try:
  all_data = self.con.recv(num)
  if not len(all_data):
   return False
 except:
  return False
 else:
  code_len = ord(all_data[1]) & 127
  if code_len == 126:
   masks = all_data[4:8]
   data = all_data[8:]
  elif code_len == 127:
   masks = all_data[10:14]
   data = all_data[14:]
  else:
   masks = all_data[2:6]
   data = all_data[6:]
  raw_str = ""
  i = 0
  for d in data:
   raw_str += chr(ord(d) ^ ord(masks[i % 4]))
   i += 1
  return raw_str

js 端的 ws 對(duì)象，通過(guò) ws.send(str) 即可發(fā)送

ws.send(str)

Python 發(fā)送

Python 要包數(shù)據(jù)發(fā)送，也需要處理，發(fā)送包格式如下

固定字節(jié)：固定的 1000 0001( ‘ \x81 ′ )

包長(zhǎng)：根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是否超過(guò) 125 ， 0xFFFF(65535) 來(lái)生成 1 個(gè)或 3 個(gè)或 9 個(gè)字節(jié)，來(lái)代表數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

def send_data(self, data):
 if data:
  data = str(data)
 else:
  return False
 token = "\x81"
 length = len(data)
 if length < 126:
  token += struct.pack("B", length)
 elif length <= 0xFFFF:
  token += struct.pack("!BH", 126, length)
 else:
  token += struct.pack("!BQ", 127, length)
 #struct為Python中處理二進(jìn)制數(shù)的模塊，二進(jìn)制流為C，或網(wǎng)絡(luò)流的形式。
 data = '%s%s' % (token, data)
 self.con.send(data)
 return True

js 端通過(guò)回調(diào)函數(shù) ws.onmessage() 接受數(shù)據(jù)

ws.onmessage = function(result,nTime){
alert("從服務(wù)端收到的數(shù)據(jù):");
alert("最近一次發(fā)送數(shù)據(jù)到現(xiàn)在接收一共使用時(shí)間:" + nTime);
console.log(result);
}

最終代碼

Python服務(wù)端

# _*_ coding:utf-8 _*_
__author__ = 'Patrick'

import socket
import threading
import sys
import os
import MySQLdb
import base64
import hashlib
import struct
 
# ====== config ======
HOST = 'localhost'
PORT = 3368
MAGIC_STRING = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'
HANDSHAKE_STRING = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n" \
      "Upgrade:websocket\r\n" \
      "Connection: Upgrade\r\n" \
      "Sec-WebSocket-Accept: {1}\r\n" \
      "WebSocket-Location: ws://{2}/chat\r\n" \
      "WebSocket-Protocol:chat\r\n\r\n"
 
class Th(threading.Thread):
 def __init__(self, connection,):
  threading.Thread.__init__(self)
  self.con = connection
 
 def run(self):
  while True:
   try:
     pass
  self.con.close()
 
 def recv_data(self, num):
  try:
   all_data = self.con.recv(num)
   if not len(all_data):
    return False
  except:
   return False
  else:
   code_len = ord(all_data[1]) & 127
   if code_len == 126:
    masks = all_data[4:8]
    data = all_data[8:]
   elif code_len == 127:
    masks = all_data[10:14]
    data = all_data[14:]
   else:
    masks = all_data[2:6]
    data = all_data[6:]
   raw_str = ""
   i = 0
   for d in data:
    raw_str += chr(ord(d) ^ ord(masks[i % 4]))
    i += 1
   return raw_str
 
 # send data
 def send_data(self, data):
  if data:
   data = str(data)
  else:
   return False
  token = "\x81"
  length = len(data)
  if length < 126:
   token += struct.pack("B", length)
  elif length <= 0xFFFF:
   token += struct.pack("!BH", 126, length)
  else:
   token += struct.pack("!BQ", 127, length)
  #struct為Python中處理二進(jìn)制數(shù)的模塊，二進(jìn)制流為C，或網(wǎng)絡(luò)流的形式。
  data = '%s%s' % (token, data)
  self.con.send(data)
  return True
 
 
 # handshake
 def handshake(con):
  headers = {}
  shake = con.recv(1024)
 
  if not len(shake):
   return False
 
  header, data = shake.split('\r\n\r\n', 1)
  for line in header.split('\r\n')[1:]:
   key, val = line.split(': ', 1)
   headers[key] = val
 
  if 'Sec-WebSocket-Key' not in headers:
   print ('This socket is not websocket, client close.')
   con.close()
   return False
 
  sec_key = headers['Sec-WebSocket-Key']
  res_key = base64.b64encode(hashlib.sha1(sec_key + MAGIC_STRING).digest())
 
  str_handshake = HANDSHAKE_STRING.replace('{1}', res_key).replace('{2}', HOST + ':' + str(PORT))
  print str_handshake
  con.send(str_handshake)
  return True
 
def new_service():
 """start a service socket and listen
 when coms a connection, start a new thread to handle it"""
 
 sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 try:
  sock.bind(('localhost', 3368))
  sock.listen(1000)
  #鏈接隊(duì)列大小
  print "bind 3368,ready to use"
 except:
  print("Server is already running,quit")
  sys.exit()
 
 while True:
  connection, address = sock.accept()
  #返回元組（socket,add），accept調(diào)用時(shí)會(huì)進(jìn)入waite狀態(tài)
  print "Got connection from ", address
  if handshake(connection):
   print "handshake success"
   try:
    t = Th(connection, layout)
    t.start()
    print 'new thread for client ...'
   except:
    print 'start new thread error'
    connection.close()
 
 
if __name__ == '__main__':
 new_service()

js客戶 端

<script>
var socket = new WebSocket('ws://localhost:3368');
ws.onmessage = function(result,nTime){
alert("從服務(wù)端收到的數(shù)據(jù):");
alert("最近一次發(fā)送數(shù)據(jù)到現(xiàn)在接收一共使用時(shí)間:" + nTime);
console.log(result);
}
</script>

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