WebSocket協定和Socket.IO架構

一、WebSocket介紹：

1,WebSocket是什麼？

WebSocket是一種在單個TCP連接配接上進行全雙工通信的協定。在WebSocket API中，浏覽器和伺服器隻需要完成一次握手（不是指建立TCP連接配接的那個三次握手，是指在建立TCP連接配接後傳輸一次握手資料），兩者之間就直接可以建立持久性的連接配接，并進行雙向資料傳輸。

WebSocket是H5新增的一重通信協定，為了更好的節省伺服器資源和帶寬，并且能夠更實時地進行通訊。

2,WebSocket與TCP、HTTP之間有什麼關系？

WebSocket和HTTP都是基于TCP建立的，是以發送消息之前都要建立連接配接進行三次握手。

WebSocket依賴HTTP協定的一次握手，一次握手成功之後，就不需要HTTP了，而是使用TCP的傳輸通道，開始收發資料，這就是上面所說的雙向連接配接。

3，WebSocket使用場景？

使用者下了訂單，營運管理背景需要向營運人員推送訂單通知。

使用者A關注了使用者B，需要向使用者B推送消息

有一些遊戲，既支援手機端，也支援web端時，需要用到。

網頁版即時聊天、彈幕等

4，為什麼選擇WebSocket而不是其他？

HTTP/1.x 版本不支援伺服器主動推送，隻能在用戶端發起請求後做出回應。
HTTP/2.x版本支援伺服器主動推送，但HTTP/2 還未全面實施
輪詢：每隔一段時間就會想伺服器發送請求，詢問是否有新的消息，必須不停連接配接，或者連接配接始終打開，效率低下，浪費資源。
Comet （基于長連接配接）長輪詢是在打開一條連接配接以後保持，等待伺服器推送來資料再關閉的方式。依然需要反複送出請求，而且長連接配接也會消耗伺服器資源。

**綜上所述：

HTTP、輪詢、長輪詢都不太合适**

。而WebSocket呢？看下面介紹：

5，典型的Websocket握手請求如下：

用戶端請求：

GET / HTTP/1.1
Upgrade: websocket    
#Upgrade字段必須設定Websocket，表示希望更新到Websocket協定

Connection: Upgrade   
#Connection必須設定Upgrade，表示用戶端希望連接配接更新

Host: example.com
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Key: N9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQghu== 
#Sec-WebSocket-Key是一串随機的字元串，伺服器使用SHA算法，base64編碼之後，将結果做為“Sec-WebSocket-Accept”頭的值，傳回給用戶端。如此操作，可以**盡量避免普通HTTP請求被誤認為Websocket協定**

Sec-WebSocket-Version: 13

伺服器回應：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: BooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s=
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/

握手過程解析：

第一步：服務端開啟socket，監聽某個ip和端口。等待連接配接…

第二步：用戶端connect連接配接服務端（ip，端口）

第三步：服務端允許連接配接…

第四部：用戶端發送握手請求，用戶端自己生成的一個特殊值發給伺服器（魔法字元串migic string），發送之前用戶端會自己先加密，儲存。

第五步：伺服器接收到特殊字元串後，經過SHA1加密，加密後把值發給用戶端

第六步：用戶端接收到加密後的值後，與之前的儲存的值校驗，如果校驗通過，說明對方也是websocket協定，ok，握手成功，可以雙方收發資料了。

Websocket總結：

節省資源開銷 。伺服器到用戶端的内容，頭部大小隻有2至10位元組（和資料包長度有關），而HTTP請求每次都要攜帶完整的頭部。
更強的實時性 。因為協定是全雙工的，是以伺服器可以随時主動給用戶端下發資料。
保持連接配接狀态 .Websocket需要先建立連接配接，這就使得其成為一種有狀态的協定，之後通信時可以省略部分狀态資訊。而HTTP請求可能需要在每個請求都攜帶狀态資訊（如身份認證等）。
更好的二進制支援 。Websocket定義了二進制幀，相對HTTP，可以更輕松地處理二進制内容。
可擴充 。Websocket定義了擴充，使用者可以擴充協定、實作部分自定義的子協定。如部分浏覽器支援壓縮等。
更好的壓縮效果 。相對于HTTP壓縮，Websocket在适當的擴充支援下，可以沿用之前内容的上下文，在傳遞類似的資料時，可以顯著地提高壓縮率。
沒有同源限制 。用戶端可以與任意伺服器通信。
可以發送文本，也可以發送二進制資料 。

二、Socket.IO介紹：

1，Socket.IO是什麼？

Socket.IO 基于WebSocket協定，現在已成為Web即時通訊應用的架構，WebSocket隻是Socket.IO實作即時通訊的其中一種技術依賴。

2，Socket.IO優點：

Socket.IO 會自動選擇合适雙向通信協定

有Python庫的實作，可以在Python實作的Web應用中去實作IM背景服務。

https://python-socketio.readthedocs.io/en/latest/server.html

3，Socket.IO缺點：

Socket.io要求用戶端與伺服器端均須使用該架構。

三、python 伺服器端開發

1，安裝：

pip install python-socketio

2，伺服器部署方案：

下面主要使用協程eventlet庫部署伺服器，其他伺服器部署方案，後面會詳細介紹。

選擇協程方案的原因：

使用eventlet部署的Socket.IO伺服器可以通路長輪詢和WebSocket傳輸。
也可以使用協程gevent部署，隻不過gevent不支援websocket，要安裝gevent-websocket 包才行。
若伺服器采用多程序或多線程方式，受限于伺服器能建立的程序或線程數，能夠支援的并發連接配接用戶端不會很高，伺服器性能有限。

import eventlet
eventlet.monkey_patch()

import socketio
import eventlet.wsgi

sio = socketio.Server(async_mode='eventlet')  # 指明在evenlet模式下
app = socketio.Middleware(sio)
eventlet.wsgi.server(eventlet.listen(('', 8000)), app)

3，事件處理方法如下：

@sio.on('connect')
def on_connect(sid, environ):
    """
    與用戶端建立好連接配接後被執行
    :param sid: string sid是socketio為目前連接配接用戶端生成的識别id
    :param environ: dict 在連接配接握手時用戶端發送的握手資料(HTTP封包解析之後的字典)
    """
    pass

@sio.on('disconnect')
def on_disconnect(sid):
    """
    與用戶端斷開連接配接後被執行
    :param sid: string sid是斷開連接配接的用戶端id
    """
    pass

# 以字元串的形式表示一個自定義事件，事件的定義由前後端約定
@sio.on('my custom event')  
def my_custom_event(sid, data):
    """
    自定義事件消息的處理方法
    :param sid: string sid是發送此事件消息的用戶端id
    :param data: data是用戶端發送的消息資料
    """
    pass

提示：

SocketIO：對收發的資料以消息（message）來對待，收發的不同類别的消息資料又以**事件（event）**來區分。

connect 為特殊事件，當用戶端連接配接後自動執行

disconnect 為特殊事件，當用戶端斷開連接配接後自動執行

connect、disconnect與自定義事件處理方法的函數傳入參數不同

4,發送消息（emit）

發送消息可以單獨發給某個使用者，也可以群發，SocketIO提供了

房間（room）

來為用戶端分組，也可以發到某個房間，參考如下方法：

1.發給某個使用者(指定使用者id)

2.群發（不指定id号）

3.将連接配接的用戶端放入一個room中 : sio.enter_room(sid, room_name)

@sio.on('chat')
  def begin_chat(sid):
      sio.enter_room(sid, 'chat_users')

4.将客戶從某個房間移除： sio.leave_room(sid, room_name)

@sio.on('exit_chat')
  def exit_chat(sid):
      sio.leave_room(sid, 'chat_users')

5.查詢sid所在的房間，給一組使用者發送消息：sio.rooms(sid)

@sio.on('my message')
def message(sid, data):
  sio.emit('my reply', data, room='chat_users')

6.也可跳過某個用戶端，使用 skip_sid參數

@sio.event
def message(sid, data):
    sio.emit('my reply', data, room='chat_users', skip_sid=sid)

7.使用send發送message事件消息

sio.send({'data': 'foobar'})
sio.send({'data': 'foobar'}, room=user_sid)

機器人聊天服務實作

第一步：建立AI檔案夾，建立server.py

import socketio

# 建立sio對象
sio = socketio.Server(async_mode='eventlet')
app = socketio.Middleware(sio)

第二步：建立chart.py聊天室

import time
from server import sio

@sio.on("connect")
def on_connect(sid, environ):
    """
    與用戶端建立好連接配接後被執行

    :param sid: string sid是socketio為目前連接配接用戶端生成的識别id
    :param environ: dict 在連接配接握手時用戶端發送的握手資料(HTTP封包解析之後的字典)
    
    # sio.emit(消息事件類型， 消息資料内容， 接收人)
    """
 
    data = {
        "msg": "hello carry",   #發送的内容
        'timestamp': round(time.time() * 1000)   #時間戳
    }

    sio.emit("message", data, room=sid)  


@sio.on("message")
def on_message(sid, data):
    """
    用戶端發送消息，on_message執行

    :param sid: string sid是socketio為目前連接配接用戶端生成的識别id
    :param environ: dict 在連接配接握手時用戶端發送的握手資料(HTTP封包解析之後的字典)

    # sio.emit(消息事件類型， 消息資料内容， 接收人)
    """

    resp_data = {
        "msg": "hello carry~~~,接收到你的消息：{}".format(data.get('msg')),
        'timestamp': round(time.time() * 1000)
    }

    sio.emit("message", resp_data, room=sid)

第三步：main.py

import eventlet
eventlet.monkey_patch()   
#使用猴子更新檔，在遇到阻塞時，不用修改源代碼，也能執行下面代碼

from server import app
import chat

# 建立eventlet伺服器對象
sock = eventlet.listen(('0.0.0.0', 8000)) 

# 啟動socketio伺服器
eventlet.wsgi.server(sock, app)

溫馨提示：

1.測試之前需要在谷歌上安裝Firecamp插件

WebSocket協定和Socket.IO架構

2.啟動終端指令：

python main.py

3.點選網址後面小火苗（Firecamp）标志，進入上圖，點選Socket.IO進入以下圖檔，流程及步驟。

WebSocket協定和Socket.IO架構

參考資料：

AIOHTTP：https://aiohttp.readthedocs.io/en/stable/

python-socket：https://python-socketio.readthedocs.io/en/latest/server.html

flask-socket：https://flask-socketio.readthedocs.io/en/latest/

WebSocket協定和Socket.IO架構

一、WebSocket介紹：

1,WebSocket是什麼？

2,WebSocket與TCP、HTTP之間有什麼關系？

3，WebSocket使用場景？

4，為什麼選擇WebSocket而不是其他？

5，典型的Websocket握手請求如下：

握手過程解析：

Websocket總結：

二、Socket.IO介紹：

1，Socket.IO是什麼？

2，Socket.IO優點：

3，Socket.IO缺點：

三、python 伺服器端開發

1，安裝：

2，伺服器部署方案：

3，事件處理方法如下：

提示：

4,發送消息（emit）

機器人聊天服務實作

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