python网络编程之websocket
我们知道一般我们的请求都是http请求，由客户端发起，然后待服务端返回数据之后，这一个请求就结束了。但是，有些情况下，服务端需要主动给客户端发消息（比如推送一些消息），服务端与客户端需要进行双向交流，此时，http就显得有些无能为力了。所以就有了全双工的websocket：即客户端与服务端建立连接之后，就可以双向通信了。服务端无需等待客户端发送请求消息，也可以通过websocket的连接主动给客户端发送消息了。接下来，记录一下我今天的用python实现websocket的打怪升级之旅
python提供了一个高级库websockets来实现websocket。官网链接：
https://websockets.readthedocs.io/en/stable/
它需要借助asyncio这个异步框架来实现。官网上有一个服务端和客户端的例子:
服务端Server代码
import asyncio
import websockets
async def echo(websocket, path):
#fetch msg
async for message in websocket:
print("got a message:{}".format(message))
await websocket.send(message)
async def main():
# start a websocket server
async with websockets.serve(echo, "localhost", 8765):
await asyncio.Future() # run forever
asyncio.run(main())
客户端Client代码
import asyncio
import websockets
async def hello():
async with websockets.connect("ws://localhost:8765") as websocket:
await websocket.send("Hello world!")
await websocket.recv()
asyncio.run(hello())
介绍一下上面的两段代码：
首先是服务端，一个重要的方法serv，有三个重要的参数:ws_handler,host,port
await websockets.server.serve(ws_handler, host=None, port=None)
ws_handler:函数名称，该函数用来处理一个连接，它必须是一个协程函数，接收2个参数：WebSocketServerProtocol、path。
host：socket绑定的ip地址
port：socket绑定的端口
websockets提供了一个serv方法用来开启一个websocket服务，即绑定一个ip和地址，然后开始监听数据。一旦有客户端连接上来的话，它就创建一个WebSocketServerProtocol，该对象可以用来处理这个连接。然后会把它代理给ws_handler函数。
ws_handler就相当于是serv()函数的代理方法。它维护着一个connection。WebSocketServerProtocol可以用来收发数据。path代表着访问路径（后面会说）。上面的echo函数就是serv的ws_handler。它的参数websocket实际上就是一个WebSocketServerProtocol对象。
可以通过for循环遍历WebSocketServerProtocol对象获取msg，通过WebSocketServerProtocol的send()方法发送数据
然后是客户端，websockets提供了一个connect的方法连接服务端并会得到一个websocket（即一个WebSocketClientProtocol对象），这个对象提供了send()和recv()方法分别来发送和接收数据。
分别运行上面的两段代码，你就能看到服务端与客户端实现了互相发送数据了。但是好像少了点什么，上面我们直接通过ip和port进行连接，并没有uri。我们打印path，现实为“/".我们在访问链接后面可以任意加内容，它也照常能连接访问。但是通常我们会为不同的操作定义不同的uri。一个函数里面处理一种类型的消息。比如我希望开灯的uri为/light/on",关灯为/light/off,其它的uri全都不能无效，返回错误。这里就需要用到路由了。
最傻的办法就是在wshandler函数里面对path进行判断，然后分别去执行不同的方法。这样就一点也不优雅了。我们可以使用装饰器，将wshandler函数包裹起来。其实python已经有相应的库支持uri的路由了。这里我使用的是websockets-routes，它的实现原理就是装饰器。
websockets-routes官网：https://pypi.org/project/websockets-routes/
首先我们通过pip安装websockets-routes。
pip install websockets-routes
然后我们以开关灯为例,看下服务端和客户端的实现
服务端Server代码：
import asyncio
import websockets
import websockets_routes
# 初始化一个router对象
router = websockets_routes.Router()
@router.route("/light/{status}") #添加router的route装饰器，它会路由uri。
async def light_status(websocket, path):
async for message in websocket:
print("got a message:{}".format(message))
print(path.params['status'])
await asyncio.sleep(2) # 假装模拟去操作开关灯
if (path.params['status'] == 'on'):
await websocket.send("the light has turned on")
elif path.params["status"] == 'off':
await websocket.send("the light has turned off")
else:
await websocket.send("invalid params")
async def main():
# rooter是一个装饰器，它的__call__函数有三个参数，第一个参数是self。
# 所以这里我们需要使用lambda进行一个转换操作，因为serv的wshander函数只能接收2个参数
async with websockets.serve(lambda x, y: router(x, y), "127.0.0.1", 8765):
print("======")
await asyncio.Future() # run forever
if __name__ == "__main__":
asyncio.run(main())
客户端client代码：
import asyncio
import websockets
async def hello():
try:
async with websockets.connect('ws://127.0.0.1:8765/light/on') as websocket:
light_addr = '00-12-4b-01'
await websocket.send(light_addr)
recv_msg = await websocket.recv()
print(recv_msg)
except websockets.exceptions.ConnectionClosedError as e:
print("connection closed error")
except Exception as e:
print(e)
await hello()
运行服务端之后，我们可以尝试修改不同的url看结果：
ws://127.0.0.1:8765/light/on #连接正常，收到消息：the light has turned on
ws://127.0.0.1:8765/light/off#连接正常，收到消息：the light has turned off
ws://127.0.0.1:8765/light/1#连接正常，收到消息：invalid params
ws://127.0.0.1:8765/switch/on#连接异常，收到异常消息：connection closed error
websocket_router的实现原理是装饰器。首先需要初始化一个router对象，它的route方法返回一个装饰器，所以通过在需要路由的函数上面加上router.route(path)进行装饰即可。它会帮我们实现对uri的路由，如果有多个方法，只要在每个方法上都加上它的装饰器即可。如果找不到对应的uri，它就会关闭连接，返回一个4040错误。
path可以带参数，参数部分在we'bsocket_router中是RoutePath对象。
websocket_router还可以用来装饰类。暂时还没弄懂它装饰类的操作，待续...
