python中使用websocket方法實(shí)例詳解

更新時(shí)間：2024年03月15日 14:20:31 作者：別出BUG求求了

WebSocket是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,它在單個(gè)TCP連接上提供全雙工的通信信道,本文我們將探討如何在Python中使用WebSocket實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信,感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧

websockets是Python中最常用的網(wǎng)絡(luò)庫(kù)之一，也是websocket協(xié)議的Python實(shí)現(xiàn)。它不僅作為基礎(chǔ)組件在眾多項(xiàng)目中發(fā)揮著重要作用，其源碼也值得廣大“Python玩家”研究。
官網(wǎng):https://github.com/python-websockets/websockets

1. 什么是WebSocket？

WebSocket協(xié)議是在2008年由Web應(yīng)用程序設(shè)計(jì)師和開發(fā)人員創(chuàng)建的，目的是為了在Web瀏覽器和服務(wù)器之間提供更高效、更低延遲的雙向通信。它允許客戶端和服務(wù)器在任何時(shí)候發(fā)送消息，無需重新建立TCP連接。WebSocket可以在Web瀏覽器和服務(wù)器之間傳輸文本和二進(jìn)制數(shù)據(jù)，使得構(gòu)建實(shí)時(shí)Web應(yīng)用程序變得更加簡(jiǎn)單。

2. 在Python中使用WebSocket

Python中有多個(gè)庫(kù)可以幫助我們使用WebSocket，如：websockets、aiohttp等。在本文中，我們將使用websockets庫(kù)來演示W(wǎng)ebSocket編程。

要安裝websockets庫(kù)，你可以使用pip：

pip install websockets

3. 創(chuàng)建WebSocket服務(wù)器

使用websockets庫(kù)，我們可以輕松地創(chuàng)建一個(gè)WebSocket服務(wù)器。以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例：

import asyncio
import websockets
async def echo(websocket, path):
    async for message in websocket:
        print(f"Received message: {message}")
        await websocket.send(f"Echo: {message}")
start_server = websockets.serve(echo, "localhost", 8765)
asyncio.get_event_loop().run_until_complete(start_server)
asyncio.get_event_loop().run_forever()

在這個(gè)示例中，我們定義了一個(gè)名為echo的協(xié)程函數(shù)，它接收兩個(gè)參數(shù)：websocket和path。該函數(shù)使用async for循環(huán)讀取客戶端發(fā)送的消息，并將消息發(fā)送回客戶端。

然后，我們使用websockets.serve()函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)WebSocket服務(wù)器，監(jiān)聽本地主機(jī)的8765端口。最后，我們使用asyncio的事件循環(huán)啟動(dòng)服務(wù)器。

4. 創(chuàng)建WebSocket客戶端

要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)WebSocket客戶端，我們同樣可以使用websockets庫(kù)。以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的客戶端示例：

import asyncio
import websockets
async def main():
    async with websockets.connect("ws://localhost:8765") as websocket:
        message = "Hello, server!"
        await websocket.send(message)
        print(f"Sent: {message}")
        response = await websocket.recv()
        print(f"Received: {response}")
asyncio.run(main())

在這個(gè)示例中，我們使用websockets.connect()函數(shù)建立與WebSocket服務(wù)器的連接。然后，我們使用send()方法向服務(wù)器發(fā)送消息，并使用recv()方法接收服務(wù)器的響應(yīng)。

5. 總結(jié)

WebSocket協(xié)議為Web瀏覽器和服務(wù)器之間提供了實(shí)時(shí)雙向通信的能力，使得構(gòu)建實(shí)時(shí)Web應(yīng)用程序變得更加容易。在Python中，我們可以使用websockets庫(kù)輕松地實(shí)現(xiàn)WebSocket編程。

6. 通過websockets這個(gè)項(xiàng)目，從大型開源項(xiàng)目中學(xué)習(xí)asyncio庫(kù)。

一、asyncio.Transport
在官方文檔中，Transport被描述成對(duì)socket的抽象，它控制著如何傳輸數(shù)據(jù)。除了websockets，uvicorn、daphne等ASGI實(shí)現(xiàn)都會(huì)用到Transport。

Transport繼承于ReadTransport和WriteTransport，兩者都繼承于BaseTransport。顧名思義，Transport兼?zhèn)渥x和寫的功能，可以類比為讀寫socket對(duì)象。

Transport對(duì)象提供以下常用函數(shù)——

is_reading：判斷該Transport是否在讀。

set_write_buffer_limits：設(shè)置寫入Transport的高和低水位。考慮到網(wǎng)絡(luò)狀況，有時(shí)不希望寫入過多的數(shù)據(jù)。

write、write_eof、write_line：為當(dāng)前Transport寫入數(shù)據(jù)，分別表示寫入二進(jìn)制數(shù)據(jù)、eof和二進(jìn)制行數(shù)據(jù)。其中eof寫入后不會(huì)關(guān)閉Transport，但會(huì)flush數(shù)據(jù)。

abort：立刻關(guān)閉Transport，不接受新的數(shù)據(jù)。留在緩沖的數(shù)據(jù)也會(huì)丟失，后續(xù)調(diào)用Protocol的connection_lost函數(shù)。

在websockets中，Transport使用場(chǎng)景不多，一般都是通過Protocol對(duì)象的回調(diào)參數(shù)使用的。在websocket的初始化過程中，會(huì)設(shè)置Transport的最高水位。同樣，在這種場(chǎng)景下，該對(duì)象也是作為回調(diào)參數(shù)使用的。

二、asyncio.Protocol
如果Transport是對(duì)socket的抽象，那么Protocol就是對(duì)協(xié)議的抽象。它提供了如何使用Transport的方式。

用戶使用的Protocol直接繼承自BaseProtocol，并提供了六個(gè)Unimplemented函數(shù)需要用戶去實(shí)現(xiàn)——

connection_made：當(dāng)連接建立時(shí)會(huì)執(zhí)行該函數(shù)，該函數(shù)包含一個(gè)Transport類型的參數(shù)。

connection_lost：當(dāng)連接丟失或者關(guān)閉時(shí)會(huì)執(zhí)行該函數(shù)，該函數(shù)包含一個(gè)Exception類型的參數(shù)。

pause_writing：當(dāng)Transport對(duì)象寫入的數(shù)據(jù)高于之前設(shè)置的高水位時(shí)被調(diào)用，一般會(huì)暫停數(shù)據(jù)的寫入。

resume_writing：當(dāng)Transport對(duì)象寫入的數(shù)據(jù)低于之前設(shè)置的低水位時(shí)被調(diào)用，一般用于恢復(fù)數(shù)據(jù)寫入。

data_received：當(dāng)有數(shù)據(jù)被接受時(shí)回調(diào)，該函數(shù)包含一個(gè)二進(jìn)制對(duì)象data，用來表示接受的數(shù)據(jù)。

eof_received：當(dāng)被Transport對(duì)象被調(diào)用write_eof時(shí)被調(diào)用。

在websockets中，server端的connection_made實(shí)現(xiàn)截圖如圖所示。在該函數(shù)中，websockets將用戶實(shí)現(xiàn)的handler封裝成task對(duì)象，并和websocket的server綁定。

而在client端中實(shí)現(xiàn)如第一節(jié)截圖所示，只是在reader中注冊(cè)該Transport對(duì)象。

websockets的connection_lost函數(shù)實(shí)現(xiàn)方式如下。主要操作即更新狀態(tài)、關(guān)閉pings、更新對(duì)應(yīng)的waiter狀態(tài)，以及維護(hù)reader對(duì)象。

在其他函數(shù)的實(shí)現(xiàn)中，websockets也主要用到了reader對(duì)象完成數(shù)據(jù)流的暫停和恢復(fù)，以及數(shù)據(jù)的寫入。

從上面代碼實(shí)現(xiàn)可以看出，websockets通過reader代理完成數(shù)據(jù)流的操作。這個(gè)reader是一個(gè)asyncio.StreamReader對(duì)象。這個(gè)對(duì)象具體如何使用將在下一篇介紹。

附錄：進(jìn)階版本：

python使用websockets庫(kù)
serve:在server端使用，等待客戶端的連接。如果連接成功，返回一個(gè)websocket。

connect: 在client端使用，用于建立連接。

send:發(fā)送數(shù)據(jù)

recv:接收數(shù)據(jù)

close:關(guān)閉連接

服務(wù)端

#!/usr/bin/python3
# 主要功能：創(chuàng)建1個(gè)基本的websocket server, 符合asyncio 開發(fā)要求
import asyncio
import websockets
from datetime import datetime
async def handler(websocket):
    data = await websocket.recv()
    reply = f"Data received as \"{data}\".  time: {datetime.now()}"
    print(reply)
    await websocket.send(reply)
    print("Send reply")
async def main():
    async with websockets.serve(handler, "localhost", 9999):
        await asyncio.Future()  # run forever
if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

客戶端

import asyncio
import websockets
import time
async def ws_client(url):
    for i in range(1, 40):
        async with websockets.connect(url) as websocket:
            await websocket.send("Hello, I am PyPy.")
            response = await websocket.recv()
        print(response)
        time.sleep(1)
asyncio.run(ws_client('ws://localhost:9999'))

服務(wù)端

import asyncio
import websockets
IP_ADDR = "127.0.0.1"
IP_PORT = "9090"
# 握手，通過接收Hi，發(fā)送"success"來進(jìn)行雙方的握手。
async def serverHands(websocket):
    while True:
        recv_text = await websocket.recv()
        print("recv_text=" + recv_text)
        if recv_text == "Hi":
            print("connected success")
            await websocket.send("success")
            return True
        else:
            await websocket.send("connected fail")
# 接收從客戶端發(fā)來的消息并處理，再返給客戶端success
async def serverRecv(websocket):
    while True:
        recv_text = await websocket.recv()
        print("recv:", recv_text)
        await websocket.send("success,get mess:"+ recv_text)
# 握手并且接收數(shù)據(jù)
async def serverRun(websocket, path):
    print(path)
    await serverHands(websocket)
    await serverRecv(websocket)
# main function
if __name__ == '__main__':
    print("======server======")
    server = websockets.serve(serverRun, IP_ADDR, IP_PORT)
    asyncio.get_event_loop().run_until_complete(server)
    asyncio.get_event_loop().run_forever()

客戶端

import asyncio
import websockets
IP_ADDR = "127.0.0.1"
IP_PORT = "9090"
async def clientHands(websocket):
    while True:
        # 通過發(fā)送hello握手
        await websocket.send("Hi")
        response_str = await websocket.recv()
        # 接收"success"來進(jìn)行雙方的握手
        if "success" in response_str:
            print("握手成功")
            return True
# 向服務(wù)器端發(fā)送消息
async def clientSend(websocket):
    while True:
        input_text = input("input text: ")
        if input_text == "exit":
            print(f'"exit", bye!')
            await websocket.close(reason="exit")
            return False
        await websocket.send(input_text)
        recv_text = await websocket.recv()
        print(f"{recv_text}")
# 進(jìn)行websocket連接
async def clientRun():
    ipaddress = IP_ADDR + ":" + IP_PORT
    async with websockets.connect("ws://" + ipaddress) as websocket:
        await clientHands(websocket)
        await clientSend(websocket)
# main function
if __name__ == '__main__':
    print("======client======")
    asyncio.get_event_loop().run_until_complete(clientRun())

服務(wù)端

# -*- coding:utf8 -*-
import json
import socket
import asyncio
import logging
import websockets
import multiprocessing
IP = '127.0.0.1'
PORT_CHAT = 9090
USERS ={}
#提供聊天的后臺(tái)
async def ServerWs(websocket,path):
    logging.basicConfig(format='%(asctime)s - %(pathname)s[line:%(lineno)d] - %(levelname)s: %(message)s',
                        filename="chat.log",
                        level=logging.INFO)
    # 握手
    await websocket.send(json.dumps({"type": "handshake"}))
    async for message in websocket:
        data = json.loads(message)
        message = ''
        # 用戶發(fā)信息
        if data["type"] == 'send':
            name = '404'
            for k, v in USERS.items():
                if v == websocket:
                    name = k
            data["from"] = name
            if len(USERS) != 0:  # asyncio.wait doesn't accept an empty list
                message = json.dumps(
                    {"type": "user", "content": data["content"], "from": name})
        # 用戶注冊(cè)
        elif data["type"] == 'register':
            try:
                USERS[data["uuid"]] = websocket
                if len(USERS) != 0:  # asyncio.wait doesn't accept an empty list
                    message = json.dumps(
                        {"type": "login", "content": data["content"], "user_list": list(USERS.keys())})
            except Exception as exp:
                print(exp)
        # 用戶注銷
        elif data["type"] == 'unregister':
            del USERS[data["uuid"]]
            if len(USERS) != 0:  # asyncio.wait doesn't accept an empty list
                message = json.dumps(
                    {"type": "logout", "content": data["content"], "user_list": list(USERS.keys())})
        #打印日志
        logging.info(data)
        # 群發(fā)
        await asyncio.wait([user.send(message) for user in USERS.values()])
def server_run():
    print("server")
    start_server = websockets.serve(ServerWs, '0.0.0.0', PORT_CHAT)
    asyncio.get_event_loop().run_until_complete(start_server)
    asyncio.get_event_loop().run_forever()
if __name__ == "__main__":
    from multiprocessing import Process
    multiprocessing.freeze_support()
    server = Process(target=server_run, daemon=False)
    server.start()

服務(wù)端

import asyncio
import websockets
import time
import json
import threading
# 功能模塊
class OutputHandler():
    async def run(self,message,send_ms,websocket):
        # 用戶發(fā)信息
        await send_ms(message, websocket)
        # 單發(fā)消息
        # await send_ms(message, websocket)
        # 群發(fā)消息
        #await s('hi起來')
# 存儲(chǔ)所有的客戶端
Clients = {}
# 服務(wù)端
class WS_Server():
    def __init__(self):
        self.ip = "127.0.0.1"
        self.port = 9090
    # 回調(diào)函數(shù)(發(fā)消息給客戶端)
    async def callback_send(self, msg, websocket=None):
        await self.sendMsg(msg, websocket)
    # 發(fā)送消息
    async def sendMsg(self, msg, websocket):
        print('sendMsg:', msg)
        # websocket不為空，單發(fā)，為空，群發(fā)消息
        if websocket != None:
            await websocket.send(msg)
        else:
            # 群發(fā)消息
            await self.broadcastMsg(msg)
        # 避免被卡線程
        await asyncio.sleep(0.2)
    # 群發(fā)消息
    async def broadcastMsg(self, msg):
        for user in Clients:
            await user.send(msg)
    # 針對(duì)不同的信息進(jìn)行請(qǐng)求，可以考慮json文本
    async def runCaseX(self,jsonMsg,websocket):
        print('runCase')
        op = OutputHandler()
        # 參數(shù)：消息、方法、socket
        await op.run(jsonMsg,self.callback_send,websocket)
    # 連接一個(gè)客戶端，起一個(gè)循環(huán)監(jiān)聽
    async def echo(self,websocket, path):
        # 添加到客戶端列表
        # Clients.append(websocket)
        # 握手
        await websocket.send(json.dumps({"type": "handshake"}))
        # 循環(huán)監(jiān)聽
        while True:
            # 接受信息
            try:
                # 接受文本
                recv_text = await websocket.recv()
                message = "Get message: {}".format(recv_text)
                # 返回客戶端信息
                await websocket.send(message)
                # 轉(zhuǎn)json
                data = json.loads(recv_text)
                # 用戶發(fā)信息
                if data["type"] == 'send':
                    name = '404'
                    for k, v in Clients.items():
                        if v == websocket:
                            name = k
                    data["from"] = name
                    if len(Clients) != 0:  # asyncio.wait doesn't accept an empty list
                        message = json.dumps({"type": "send", "content": data["content"], "from": name})
                        await self.runCaseX(jsonMsg=message, websocket=websocket)
                # 用戶注冊(cè)
                elif data["type"] == 'register':
                    try:
                        Clients[data["uuid"]] = websocket
                        if len(Clients) != 0:  # asyncio.wait doesn't accept an empty list
                            message = json.dumps({"type": "register", "content": data["content"], "user_list": list(Clients.keys())})
                            await self.runCaseX(jsonMsg=message, websocket=websocket)
                    except Exception as exp:
                        print(exp)
                # 用戶注銷
                elif data["type"] == 'unregister':
                    del Clients[data["uuid"]]
                # 對(duì)message進(jìn)行解析，跳進(jìn)不同功能區(qū)
                # await self.runCaseX(jsonMsg=data,websocket=websocket)
            # 鏈接斷開
            except websockets.ConnectionClosed:
                print("ConnectionClosed...", path)
                # del Clients
                break
            # 無效狀態(tài)
            except websockets.InvalidState:
                print("InvalidState...")
                # del Clients
                break
            # 報(bào)錯(cuò)
            except Exception as e:
                print("ws連接報(bào)錯(cuò)",e)
                # del Clients
                break
    # 啟動(dòng)服務(wù)器
    async def runServer(self):
        async with websockets.serve(self.echo, self.ip, self.port):
            await asyncio.Future()  # run forever
	# 多協(xié)程模式，防止阻塞主線程無法做其他事情
    def WebSocketServer(self):
        asyncio.run(self.runServer())
    # 多線程啟動(dòng)
    def startServer(self):
        # 多線程啟動(dòng)，否則會(huì)堵塞
        thread = threading.Thread(target=self.WebSocketServer)
        thread.start()
        # thread.join()
if __name__=='__main__':
    print("server")
    s = WS_Server()
    s.startServer()

到此這篇關(guān)于python的websocket方法教程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)python的websocket方法內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

您可能感興趣的文章: