Python服务器编程：使用django-channels实现WebSockets

在如今的Web开发中，实时通信是不可或缺的功能之一。由于HTTP协议是一种请求-响应协议，因此使用HTTP的传统方式来实现实时通信非常不方便。WebSockets协议是一种新兴的协议，它为Web应用程序提供了实时双向通信功能，而且可以在同一个连接上发送和接收数据，非常适合实时应用程序。在Python服务器编程中，可以使用django-channels框架来轻松实现WebSockets。

1. 安装django-channels

在开始使用django-channels之前，首先需要安装它。可以使用pip来安装：

pip install channels

2. 创建Django项目

接下来，创建一个Django项目。在Django 2.x及以上版本中，可以使用命令行工具创建项目：

django-admin startproject myproject

3. 配置django-channels

在安装django-channels之后，需要将其添加到Django项目中。打开settings.py文件，并在INSTALLED_APPS中添加'channels'。此外，还需要为django-channels配置一些设置：

# settings.py

# 添加channels到INSTALLED_APPS
INSTALLED_APPS = [
    # ...
    'channels',
]

# 配置channels
ASGI_APPLICATION = 'myproject.routing.application'
CHANNEL_LAYERS = {
    'default': {
        'BACKEND': 'channels.layers.InMemoryChannelLayer',
    },
}

上面的代码中，ASGI_APPLICATION指定了ASGI应用程序的入口点，而CHANNEL_LAYERS指定了默认通道层的类型和参数。在这个例子中，使用了InMemoryChannelLayer，这是一个实现了简单内存存储的通道层。

4. 创建路由

在创建django-channels应用程序之前，需要先创建一个路由来路由传入的WebSocket请求。路由是一个映射表，它将URL路径映射到特定的Consumer类。在Django中，路由通常定义在urls.py文件中，但在django-channels中，由于它使用ASGI协议，因此将路由定义在routing.py中，如下所示：

# myproject/routing.py

from channels.routing import ProtocolTypeRouter, URLRouter
from django.urls import path

application = ProtocolTypeRouter({
    # WebSocket使用的协议类型是“websocket”，将它放在第一位
    "websocket": URLRouter([
        path("ws/", MyConsumer.as_asgi()),
    ]),
})

上述代码中，我们使用ProtocolTypeRouter创建了一个协议路由，并设置了一个基于WebSocket的子路由。在这个例子中，WebSocket请求的URL是/ws/，并且连接时将使用MyConsumer类。

5. 创建Consumer

在django-channels中，Consumer是一个处理网络请求的类。可以在路由中将请求路由到consumer，然后consumer会处理请求并返回响应。Consumer一般由一个async def方法（即协程）实现。在构建Consumer时，必须继承channels.generic.websocket.WebSocketConsumer类，并实现两个方法：

• connect(self): 当WebSocket连接建立时，django-channels调用该方法。
• receive(self, text_data=None, bytes_data=None): 当从WebSocket连接接收到数据时，django-channels调用该方法。

以下是一个简单的Consumer例子：

# myapp/consumers.py

import asyncio
import json

from channels.generic.websocket import AsyncWebsocketConsumer


class MyConsumer(AsyncWebsocketConsumer):
    async def connect(self):
        """
        WebSocket连接建立时执行。
        """
        await self.accept()

    async def disconnect(self, code):
        """
        WebSocket连接中断时执行。
        """
        pass

    async def receive(self, text_data=None, bytes_data=None):
        """
        当从WebSocket连接接收到数据时执行。
        """
        # 解析WebSocket发送的JSON数据
        data = json.loads(text_data)
        # 从JSON数据中获取请求
        request = data['request']

        # 这里是处理请求的代码
        # ...

        # 发送响应到WebSocket连接
        response = {'status': 'OK', 'data': request}
        await self.send(json.dumps(response))

6. 启动Django服务器

现在，所有的设置都已完成，可以启动Django服务器并测试WebSocket连接了。在终端中输入以下命令来启动Django服务器：

python manage.py runserver

如果一切正常，应该可以通过http://127.0.0.1:8000/ws/来测试WebSocket连接了，如果连接成功，WebSocket Consumer的connect方法将会被执行。

总结：

使用django-channels实现WebSocket非常简单，基本上只需要几个步骤。需要注意的一点是，在django-channels应用程序中，经常使用asyncio协程，因此，需要使用Python 3.5及更高版本。此外，通道层的配置也很重要，如果想要使用持久化存储，可以使用其他通道层，比如RedisChannelLayer等。