Channels概念

Django的传统概念围绕着HTTP请求和响应展开：服务器收到一个请求，Django调起为其服务，生成响应并发送，然后Django离开、等着下一个请求。

当互联网只包含简单的浏览器行为时，这没什么问题。但现代网络包含了WebSocket和HTTP 2服务器推送等功能，允许网站在传统请求/响应循环之外进行其他通信。

除此之外，还有许多非关键的任务，需要应用程序将其分发出去，在响应发送后继续处理——比如保存缓存，或为新上传的图像生成缩略图。

Channels将Django的运行方式改为“面向事件”——不仅仅响应请求，而是响应通道中发送的大量事件。这里仍然没有持久状态——每个事件处理程序，也可以叫事件消费者，都是以独立的方式调用的，就像调用视图一样。

让我们先看看通道是什么。

通道是什么?

理所当然，核心就是叫做通道的数据结构。通道是什么？它是一个有序的、先进先出的队列，消息会过期，最多发一次，一次只发给一个监听应用。

可以将其类比为任务队列——生产者将消息发送到一个通道，再发给一个监听该通道的消费者。

最多发一次是指，一条消息要么有一个消费者收到，要么没人收到（例如通道突然崩溃了）。与之对应的是至少一次：正常情况下，一条消息有一个消费者收到，但程序崩溃时，它极有事后可能再重新发送，因此还会有其他消费者重复收到。后者不是我们想要的。

还有其他几个限制——消息必须是可序列化的类型，并且必须保持在一定的大小限制之内——但是在接触更高级的用法之前，无需担心这些实现细节。

通道有容量，即便没有消费者，生产者也可以先向通道中写入大量消息，消费者稍后出现再接收队列中的消息。

如果你使用过Go通道：Go通道与Django通道相当像，关键区别在于Django通道是网络透明的，在不同进程甚至不同计算机上运行的生产者和消费者，都可以通过网络访问到我们的通道。

在网络中，我们通过名称字符串来唯一地标识通道——任何计算机可以将消息发送到任何命名通道，只要它们接入了同一个通道后端。例如两台不同的计算机都写入叫做“http.request”的通道，他们写入的就是同一个通道。

如何使用通道?

那么Django如何使用这些通道呢？在Django中，您可以编写一个函数来使用通道：

def my_consumer(message):
    pass

然后在通道路由中为其分配一个通道：

channel_routing = {
    "some-channel": "myapp.consumers.my_consumer",
}

该通道每收到一条消息，Django都调用这个消费者函数，并传入message参数。message带有content、channel和其他一些属性，其中content属性一定是字典（dict）类型，channel属性用来标明发送消息的通道名称。

Channels将Django从传统的请求/响应模式，改为工作进程模式：监听所有分配了消费者的通道，收到消息就运行对应的消费者。现在，Django不只是在一个连接到WSGI服务器的进程中运行，而是在三个独立的层中运行：

• 接口服务器，用于Django与外部世界之间的通信。这包括一个WSGI适配器以及一个单独的WebSocket服务器——这在运行接口服务器中进行了介绍。
• 通道后端，其中包括可扩展的Python代码，以及用来传输消息的数据存储机制(例如Redis或共享内存段)。
• 工作进程，监听所有相关的通道，并在消息就绪时运行消费者代码。

这或许看起来很简单，但我们就是这样计划的：与其尝试完全异步的架构，不如将现有的Django视图再稍微复杂抽象一点。

A view takes a request and returns a response; a consumer takes a channel message and can write out zero to many other channel messages.

现在，让我们建立一个请求通道(取名http.request)，以及面向单个客户端的响应通道(例如http.response.o4f2h2fd)，请求通道中的消息带有一个reply_channel属性，对应响应通道的名称。这样，消息消费者就很类似一个视图：

# 监听http.request
def my_consumer(message):
    # 将请求信息从message中解码，生成Request对象
    django_request = AsgiRequest(message)
    # 运行视图
    django_response = view(django_request)
    # 将响应编码为message格式
    for chunk in AsgiHandler.encode_response(django_response):
        message.reply_channel.send(chunk)

这就是通道的机制。接口服务器将外部连接(HTTP、WebSocket等)转换为通道中的消息，你编写工作进程来处理这些消息。正常情况下，普通的HTTP请求还是交给Django内置的消费者，后者将请求传入视图/模板系统，但如果需要，也可以重写它以添加功能。

关键的部分在于，你可以运行代码来响应任何事件——包括你自己创建的事件，运行的代码还可以进一步发消息。你可以在保存Model、其他Views和Forms的代码中触发事件。这样可以方便的写推送程序，例如使用WebSocket或HTTP长轮询来实时通知客户端(比如聊天信息，或者Admin实时查看其他用户编辑更新的内容)。

通道类型

通道主要有两种用途。第一种显而易见，就是把工作分配给消费者——通道中新增一条消息，任何一个工作进程都可以接收消息并运行消费者。

第二种通道用于响应（HTTP、WebSocket）请求。值得注意的是，只有接口服务器才会监听这种通道的消息。每个响应通道名字都不一样，并且必须路由回到特定的接口服务器。

两者区别不大——它们都符合通道的核心定义——但当服务器集群扩大规模时会有问题。对于第一类普通通道，我们可以在通道服务器集群和工作进程中无差别的做负载均衡，任何工作进程都可以通用的处理这些消息。但响应消息只能发送到通道服务器群中、正在监听该响应的通道服务器上。

因此，Channels将其视为两种不同的通道类型，在响应通道名称中包含感叹号!来标识，例如http.response!f5g3fe21f。普通通道名称不包含感叹号。此外，通道名称都只能包含字符a-z A-Z 0-9 - _，并且长度小于200个字符。

对于后端实现来说，不一定要处理这个区别——只有扩大服务器集群规模时，才有必要分别处理这两类通道。有关规模化的更多信息，以及编写后端或接口服务器时如何处理通道类型，请参见：规模化。

分组

通道只能向一个监听方发送消息，不能广播。如果要向一批客户端发送消息，你需要记录所有客户端对应的响应通道。

如果我有一个Liveblog，想在发布新帖子时推送更新，我可以注册一个程序处理post_save信号，同时得记下要发送更新的通道（这个例子使用Redis）：

redis_conn = redis.Redis("localhost", 6379)

@receiver(post_save, sender=BlogUpdate)
def send_update(sender, instance, **kwargs):
    # 遍历所有的reply channels，发送更新
    for reply_channel in redis_conn.smembers("readers"):
        Channel(reply_channel).send({
            "text": json.dumps({
                "id": instance.id,
                "content": instance.content
            })
        })

# 连接到websocket.connect
def ws_connect(message):
    # 添加到readers集合
    redis_conn.sadd("readers", message.reply_channel.name)

这段代码可以运行，但还有点小问题——客户端中断连接的时候，我们要记得把他们从readers中删除。为此我们要添加另一个消费者程序，监听和处理websocket.disconnect消息。而且，接口服务器可能遇到强退、断电等情况，来不及发送disconnect信号，你的代码永远收不到disconnect通知，但此时响应通道已经完全失效了，为此我们还需要添加过期机制，发送到响应通道的消息等待一段时间后会过期、被删除，

由于通道的设计基础是无状态的，所以如果接口服务器中断连接，通道服务器也无所谓“关闭”一条通道——通道的任务就是保存消息直到消费者出现(对某些类型的接口服务器比如SMS网关，理论上可以为来自任何接口服务器的任何客户端提供服务)。

我们不太介意断开连接的客户端是不是没收到消息——是它自己断开的——但持续维护这些断开的客户端会让通道后端很乱，累积造成通道名称重复、发错消息，这让我们很介意。

现在，我们回到前面的示例，需要添加过期集合、跟踪过期时间等等，但使用框架的意义就是替你实现这些重复的工作。于是Channels将此抽象实现为一个核心概念，叫做组：

@receiver(post_save, sender=BlogUpdate)
def send_update(sender, instance, **kwargs):
    Group("liveblog").send({
        "text": json.dumps({
            "id": instance.id,
            "content": instance.content
        })
    })

# 连接到websocket.connect
def ws_connect(message):
    # 添加到readers组
    Group("liveblog").add(message.reply_channel)
    # Accept the connection request
    message.reply_channel.send({"accept": True})

# 连接到websocket.disconnect
def ws_disconnect(message):
    # Remove from reader group on clean disconnect
    Group("liveblog").discard(message.reply_channel)

组不仅有自己的send()方法（后端可以提供高效的实现），而且还自动管理组成员过期——当通道消息没人读而开始过期时，我们找到所有包含该通道的组，将其从中删除。当然，如果能正常收到disconnect消息的话，你还是应该在断开连接时将渠道从组中删除，过期机制是为了解决无法正常收到disconnect消息的情况。

组通常只用于响应通道(包含感叹号!的通道)，但如果你愿意，也可以用于普通通道。

下一步

这是对通道和组的高级概述，帮助你形成一些初步概念。要记住，Django提供了一些通道，但您可以自由地创建和使用自己的通道，所有通道都是网络透明的。

另外，通道不保证消息发送成功。如果你需要确保任务完成，请使用专门设计的、带有重试和持久化功能的系统(例如Celery)。你也可以创建管理命令，如果有任务没完成，就再次向通道提交消息(换言之，自己维护重试逻辑)。

我们将在其余文档中更多地介绍什么任务适合用通道，现在让我们进到开始来写些代码。