Django-channels2.0笔记--1、搭建一个简单的聊天服务器

官方文档链接：https://channels.readthedocs.io/en/latest/

聊天服务器包括两个网页：提供索引的index页，用来选择要加入的聊天室的名称；进行聊天的room页，用来查看特定聊天室中发布的信息

通过以下查看当前Django的安装版本

python3 -m django --version

通过以下命令查看安装的channels版本

python3 -c 'import channels;print(channels.__version__)'

Django2.0适配python3.5+和Django1.11+

创建一个mysite的项目并添加一个chat的app

django-admin startproject mysite
python3 manage.py startapp chat

将除了view之外的文件删除，通过tree命令可以得到如下树状图

mysite/
    manage.py
    mysite/
        __init__.py
        settings.py
        urls.py
        wsgi.py
  chat/
        __init__.py
        views.py

在setting文件中添加chat和channels模块

# mysite/settings.py
INSTALLED_APPS = [
    'chat',
    'channels',
    'django.contrib.admin',
    'django.contrib.auth',
    'django.contrib.contenttypes',
    'django.contrib.sessions',
    'django.contrib.messages',
    'django.contrib.staticfiles',
]

在template文件夹中创建一个index.html文件，并添加以下内容：

<!-- chat/templates/chat/index.html -->
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="utf-8"/>
    <title>Chat Rooms</title>
</head>
<body>
    What chat room would you like to enter?<br/>
    <input id="room-name-input" type="text" size="100"/><br/>
    <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>

修改chat模块的view，添加响应的视图函数

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

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

在chat模块中新建一个urls文件并添加URL路径

# chat/urls.py
from django.conf.urls import url

from . import views

urlpatterns = [
    url(r'^$', views.index, name='index'),
]

修改根路径下的urls文件，添加url配置信息

# mysite/urls.py
from django.conf.urls import include, url
from django.contrib import admin

urlpatterns = [
    url(r'^chat/', include('chat.urls')),
    url(r'^admin/', admin.site.urls),
]

如果你使用的是Django2.0+的版本而不是1.x的版本需要手动从django.conf.url中导入url和include，因为从Django2.0开始模块使用的是path而不是url

配置完成之后执行运行命令

python3 manage.py runserver

可以在命令行界面看到以下内容

Django version 1.11.10, using settings 'mysite.settings'
Starting development server at http://127.0.0.1:8000/
Quit the server with CONTROL-C.

至此基本的项目构建完毕，接下来完成channels的构建

在channels中有两个不同于常规Django项目的文件，分别是routing和consumers，routing文件用来识别websocket连接，consumers用来处理websocket，简单来说前者相当于Django中的url，而后者相当于Django中的view

首先需要在setting文件中添加channels的根routing配置位置

# mysite/settings.py
# Channels
ASGI_APPLICATION = 'mysite.routing.application'

接着创建在根路径下创建一个routing文件，添加以下内容

# mysite/routing.py
from channels.routing import ProtocolTypeRouter

application = ProtocolTypeRouter({
    # (http->django views is added by default)
})

现在再次重启服务，可以命令行信息改动

Django version 1.11.10, using settings 'mysite.settings'
Starting ASGI/Channels development server at http://127.0.0.1:8000/
Quit the server with CONTROL-C.
2018-02-18 22:16:23,729 - INFO - server - HTTP/2 support not enabled (install the http2 and tls Twisted extras)
2018-02-18 22:16:23,730 - INFO - server - Configuring endpoint tcp:port=8000:interface=127.0.0.1
2018-02-18 22:16:23,731 - INFO - server - Listening on TCP address 127.0.0.1:8000

现在的启动方式由默认启动方式变成了ASGI/channels启动，同时还有对应的监听信息

接着创建聊天的room页，并添加以下内容

<!-- chat/templates/chat/room.html -->
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="utf-8"/>
    <title>Chat Room</title>
</head>
<body>
    <textarea id="chat-log" cols="100" rows="20"></textarea><br/>
    <input id="chat-message-input" type="text" size="100"/><br/>
    <input id="chat-message-submit" type="button" value="Send"/>
</body>
<script>
    var roomName = {{ room_name_json }};

    var chatSocket = new WebSocket(
        'ws://' + window.location.host +
        '/ws/chat/' + roomName + '/');

    chatSocket.onmessage = function(e) {
        var data = JSON.parse(e.data);
        var message = data['message'];
        document.querySelector('#chat-log').value += (message + '\n');
    };

    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();
        }
    };

    document.querySelector('#chat-message-submit').onclick = function(e) {
        var messageInputDom = document.querySelector('#chat-message-input');
        var message = messageInputDom.value;
        chatSocket.send(JSON.stringify({
            'message': message
        }));

        messageInputDom.value = '';
    };
</script>
</html>

并在chat的url中添加配置信息

    url(r'^(?P<room_name>[^/]+)/$', views.room, name='room'),

重启服务发现可以通知先前的index页面可以进入当前页面，使用F12打开审查页面，选择console页，会发现提示websocket连接异常，这是因为虽然在setting中添加了routing配置信息但是实际文件中尚未完善，接下来进行consumers和routing的完善

在chat模块下创建consumers文件，并添加以下内容

# chat/consumers.py
from channels.generic.websocket import WebsocketConsumer
import json

class ChatConsumer(WebsocketConsumer):
    def connect(self):
        self.accept()

    def disconnect(self, close_code):
        pass

    def receive(self, text_data):
        text_data_json = json.loads(text_data)
        message = text_data_json['message']

        self.send(text_data=json.dumps({
            'message': message
        }))

现在就已经完成一个简单的websocket连接配置，一般来说，默认使用的是同步websocket连接，这个连接会接收所有的连接，从客户端接收信息，同时将信息同步发送回客户端

需要注意的是，对于channels，也是支持异步功能的，通过异步也可以获得更高的性能，但是相应的，异步的操作就可能出现阻塞操作，比如异步访问Django的model的时候

完成了consumers的编写，最后进行routing

的配置，在chat模块下创建一个routing文件，添加以下内容

# chat/routing.py
from django.conf.urls import url

from . import consumers

websocket_urlpatterns = [
    url(r'^ws/chat/(?P<room_name>[^/]+)/$', consumers.ChatConsumer),
]

以及修改原本尚未添加配置信息的根路径的routing文件

 # (http->django views is added by default)
    'websocket': AuthMiddlewareStack(
        URLRouter(
            chat.routing.websocket_urlpatterns
        )
    ),

将上述内容添加到application=ProtocolTypeRouter（）的括号中

这样配置之后，每次发起连接，ProtocolTypeRouter都会进行检查，如果有websocket连接（ws://或者wss://），就回自动调用AuthMiddlewareStack，而AuthMiddlwareStack则会连接到对应的URLRouter上，此处为跳转进入chat.routing.websocket_urlpatterns，也就是我们在chat模块中配置的routing中

重启服务，开启两个页面，我们在其中一个页面中发送hello，可以在另外一个页面的对话框中看到之前的页面发送的信息

下面介绍channel中通道层（channel layer），channel layer 属于通信系统的一种，他允许多实例（也是多个consumers）进行交谈，或者与Django的其他部分进行交互

channel layer提供以下两个概念

  • channel：位于单个channel中的所有用户发送的信息会广播给当前channel下的所有用户
  • group：多个channel构成的组，拥有组名称的用户可以添加/删除组，同时发送的信息广播给当前组的所有频道的所有用户，需要注意的是组内只能广播无法指定某一channel进行单播

每一个consumers都有一个唯一的channel，并且可以通过这个channel进行与channel layer的通讯，在这个聊天服务器上希望能够多个实例之间互相通讯，所以我们将其添加到基于房间名的组中，通过组进行多个实例互相交互

在修改consumers文件之间我们先完成Redis的配置，一般来说channel使用Redis作为存储层

在安装完毕Redis并成功开启服务之后向setting文件添加以下内容

# mysite/settings.py
# Channels
CHANNEL_LAYERS = {
    'default': {
        'BACKEND': 'channels_redis.core.RedisChannelLayer',
        'CONFIG': {
            "hosts": [('127.0.0.1', 6379)],
        },
    },
}

配置完成之后修改chat模块下的consumers文件，添加以下内容：

# chat/consumers.py
from asgiref.sync import async_to_sync
from channels.generic.websocket import WebsocketConsumer
import json

class ChatConsumer(WebsocketConsumer):
    def connect(self):
        self.room_name = self.scope['url_route']['kwargs']['room_name']
        self.room_group_name = 'chat_%s' % self.room_name

        # Join room group
        async_to_sync(self.channel_layer.group_add)(
            self.room_group_name,
            self.channel_name
        )

        self.accept()

    def disconnect(self, close_code):
        # Leave room group
        async_to_sync(self.channel_layer.group_discard)(
            self.room_group_name,
            self.channel_name
        )

    # Receive message from WebSocket
    def receive(self, text_data):
        text_data_json = json.loads(text_data)
        message = text_data_json['message']

        # Send message to room group
        async_to_sync(self.channel_layer.group_send)(
            self.room_group_name,
            {
                'type': 'chat_message',
                'message': message
            }
        )

    # Receive message from room group
    def chat_message(self, event):
        message = event['message']

        # Send message to WebSocket
        self.send(text_data=json.dumps({
            'message': message
        }))

这样，当用户发送消息时，js通过websocket将消息传输到Chatconsumer，chatconsumer将消息转发到对应的组，组内的每一个chatconsumer接收消息并通过websocket转发回客户端，同步添加到聊天日志中

//部分代码解释
self.scope['url']['kwargs']['room_name']：通过解包url获取传入的关键词的信息，对于每一个consumer实例而言，都拥有一个scope，在这个scope中包含了此次连接的信息，包含url的位置以及关键词
self.room_group_name = 'chat_%s'%self.room_name：使用用户的房间名称直接命名组名称，不进行转义
async_to_sync(self.channel_layer.group_add)(...)：1、加入一个组中；2、async_to_sync 这个装饰器是必须的因为chatconsumer是一个同步websocket连接，但是对于channel layer需要调用异步方法，因为所有的channel layer都需要异步实现；3、组名字仅限于ASCII字母数字和字符句点
self.accept()：接受websocket连接，如果该方法并非在connect()中被调用，则会发生拒绝并关闭连接
async_to_sync(self.channel_layer.group_discard)(...)：关闭组
async_to_sync(self.channel_layer.group_send)：1、发送一个event到组；2、在这个event中一般会定义的第一个key:value组为type，value锁指向的就是调用的方法

接下来将consumer由同步改写成异步，提高性能

之前在chatconsumer中所使用的是同步方式，这个方式可以调用常规的IO函数，但是对于异步而言，可以具有更高的性能，并且不需要创建新的线程；对于在这个例子中的chatconsumer而言，并不访问同步Django model，仅仅使用了 async-native 库，不会因为重写为异步出现复杂的情况，但是，就算是访问了Django model或者其他同步代码，也可以重写为异步，然后调用sync_to_async（与async_to_sync位于同一个模块下）以同步状态调用异步代码，但是性能提升没有这个例子的高

重写consumer，添加以下内容

# chat/consumers.py
from channels.generic.websocket import AsyncWebsocketConsumer
import json

class ChatConsumer(AsyncWebsocketConsumer):
    async def connect(self):
        self.room_name = self.scope['url_route']['kwargs']['room_name']
        self.room_group_name = 'chat_%s' % self.room_name

        # Join room group
        await self.channel_layer.group_add(
            self.room_group_name,
            self.channel_name
        )

        await self.accept()

    async def disconnect(self, close_code):
        # Leave room group
        await self.channel_layer.group_discard(
            self.room_group_name,
            self.channel_name
        )

    # Receive message from WebSocket
    async def receive(self, text_data):
        text_data_json = json.loads(text_data)
        message = text_data_json['message']

        # Send message to room group
        await self.channel_layer.group_send(
            self.room_group_name,
            {
                'type': 'chat_message',
                'message': message
            }
        )

    # Receive message from room group
    async def chat_message(self, event):
        message = event['message']

        # Send message to WebSocket
        await self.send(text_data=json.dumps({
            'message': message
        }))
对比之前的原始代码可以发现
  • 现在chatconsumer继承自AsyncWebsocketConsumer
    而不是WebsocketConsumer
  • 所有的方法都是async def而不是def了
  • await用来调用异步的IO函数
  • 在channel layer上调用方法时不再需要async_to_sync了
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