如何实现服务端主动给客户端推送消息，websocket详解，以及django如何使用websocket问题

如何实现服务端主动给客户端推送消息的效果：

伪实现：

可不可以让客户端浏览器每隔一段事件偷偷的取服务器请求数据，但是内部本质还是客户端朝服务器发送消息

​ 轮询

​ 长轮询

真实现：

​ Websocket

真正的实现了服务端主动给客户端推送消息

一般应用的场景：

大屏幕股票的实时展示，群聊功能等等

ajax操作

异步提交，局部刷新
$.ajax({
    url:'',	# 控制后端提交路径
    type:'',# 控制请求的方式
    data:{},# 控制提交的数据
    dataType:"JSON",
    #不加上这个， 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会自动返回序列化成前端js的对象类型
    success:function(args){
        # 放异步回调机制
    }
})

def index(request):
    if request.menthod == 'POST':
        back_dic = {'msg':'hahaha'}
        return HttpResponse(json.dumps(back_dic))
    	return JsonResponse(back_dic)
    return render(request, 'index.html')
# 在写ajax请求的时候简易加上dataType参数

队列

队列：先进先出

堆栈：先进后出

python内部在内存中帮我们维护了一个队列

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()
# q.get_nowait() 没有数据会直接报错
# q.get() 如果没有数据会原地阻塞知道有数据
try:
    v3 = q.get(timeout=3) # 没有数据等待10s再没有就报错
except queue.Empty as e:
    pass
一般在实际应用中不使用上述的队列，一般是redis，ksfks等的消息队列

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，然后在浏览器上面通过ajax请求朝对应队列获取数据，没有数据就原地阻塞（pending状态），有就会直接拿走渲染

关于递归的问题

python中是有最大的递归限制，官网给的是1000，实际会根据电脑的配置来决定
在python中是没有尾递归优化的
在js中是没有递归的概念。函数自己调用自己，属于正常的事件机制

轮询

效率极低，基本不使用
让浏览器定时（如每隔几秒发一次）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，如果没有数据则会阻塞，但是不会一直阻塞，阻塞后会给一个响应，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，消耗资源变小

案例：基于ajxa，队列以及异常处理时限简易版本的群聊功能（长轮询来实现）

后端：

view.py
import queue
q_dict = {} # {唯一标识： 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')
    # 生成一一对应的关系
    q_dict[name] = queue.Queue()
    return render(request, 'home.html', locals())

def send_msg(request):
    if request.method == 'POST':
        # 获取用户发送的信息
        message = request.POST.get('content')
        print(message)
        # 将消息给所有的队列发送一份
        for q in q_dic.values():
            q,put(message)
        return HTTPResponse('ok')
    
def get_msg(request):
    # 虎丘用户唯一标识
    name = request.GET.get('name')
    # 回去对应的队列
    q = q_dic.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'] = Fasle
    return JsonResponse(back_dic)

url.py
from django.conf.urls import url
from django.contrib import admin
from app01 import views

urlpatterns = [
    url(r'^admin/', admin.site.urls),
    url(r'^index/', views.index),

    # 长轮询
    url(r'^home/', views.home),
    url(r'^send_msg/', views.send_msg),
    url(r'^get_msg/', views.get_msg)
]

前端

<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(){
        // 朝后端发送信息
        $.ajax({
            url:'/send_msg/',
            type:'post',
            dataType:'JSON',
            data:{'content':$('#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){
                    // 获取信息 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()
            }
        })
    }
    // 页面加载完毕后立刻执行
    $(function(){
      getMsg()
      })
</script>

效果图：

websocket

主流浏览器都支持，能够真正的实现服务端给客户端推送消息
网路协议
	http 不加密传输
    https 加密传输
    	上面两个都是短链接/无链接
    webSocket	加密传输
    	浏览器和服务端创建链接之后默认不断开，能够真正的实现服务端给客户端推送消息
    

websocket内部的原理

关键字：magic string sha1/base64 payload(127,126,125),masking-key

websocket实现原理可以分为两个部分
	1.握手环节（handshake）：并不是所有的服务器都支持websocket 所以用握手环节来验证服务端是否支持websocket
    2.收发数据环节：数据解密
    
1.握手环节
	浏览器访问服务端之后浏览器会立刻生成一个随机字符串
    浏览器会将生成好的随机字符串发送给服务端（基于http协议，放在请求头中），并且自己也保留一份
    
    服务端和客户端会对该随机字符串进行一下处理：
    1.1 先拿随机字符串跟magic string（固定的字符串）做字符串的拼接
    1.2 将拼接之后的结果做加密处理（sha1+base64）
    
    服务端将生成好的处理结果发送给浏览器（基于http协议 放在响应头中）
    浏览器接收服务端发送过来的随机字符串跟本地处理好的随机字符串做比对，如果一致说明服务端支持websocket，如果不一致则说明不支持
    
2.收发数据环节
	｛
    	基于网络传输数据都是二进制格式，在python中可以用bytes类型对应，实现进制换算
        
    ｝
    先读取第二个字节的后七位数据（payload）根据payload做不同的处理：
    =127：继续往后读取8个字节数据（数据报10个字节）
    =126：继续往后读取2个字节数据（数据报4个字节）
    <=125:不再往后读取（数据2个字节）
        
    上述操作完成后，会继续往后读取固定长度4个字节的数据（masking-key）
    依据masking-key解析出真实数据

代码验证(诠释websocket内部本质)

# 请求头中的随机字符串
Sec-WebSocket-Key: NlNG/FK/FrQS/RH5Bcy9Gw==
# 响应头
tpl = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols
" 
      "Upgrade:websocket
" 
      "Connection: Upgrade
" 
      "Sec-WebSocket-Accept: %s
" 
      "WebSocket-Location: ws://127.0.0.1:8080

"
response_str = tpl %ac.decode('utf-8')  # 处理到响应头中

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('

', 1)
    header_list = header.split('
')
    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
" 
      "Upgrade:websocket
" 
      "Connection: Upgrade
" 
      "Sec-WebSocket-Accept: %s
" 
      "WebSocket-Location: ws://127.0.0.1:8080

"
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'x81x89
x94xac#xee)x0cxc6xaf)Ixb6x80'
    value = get_data(data)
    print(value)

<script>
    var ws = new WebSocket('ws://127.0.0.1:8080/')
    // 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>

在实际的应用中，并不是所有的后端框架默认都支持websocket协议，如果想要去使用，需要借助于不同的第三方模块

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如何取支持websocket

# 下载channels模块需要注意的点
# 1.版本不要用最新版 推荐使用2.3版本即可 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解释器建议使用3.6版本(3.5可能会有问题，3.7可能会有问题 具体说明问题没有给解释)
pip3 install channels==2.3
channels模块内部封装了握手、加密，解密等的所有操作

基本的使用方法

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

配置变量
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'
ASGI_APPLICATION ='websocket.routing.application'

去项目名同名的文件夹下面新建一个py文件，定义application变量

from channels.routing import ProtocolTypeRouter,URLRouter


application = ProtocolTypeRouter({
    'websocket':URLRouter([
        # 书写websocket路由与视图函数对应关系
    ])
})

上述操作配置完成后，启动django会由原来的wsgiref启动变成asgi启动(内部:达芙妮)

并且启动之后django既支持websocket也支持http协议

基于http的操作还是在urls.py和views.py中完成

基于websocket的操作则在routing.py和consumer.py(对应的应用中创建)中完成