【介绍】：本文介绍在Django中搭建Websocket服务器的最基本知识。

1. 概述

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。它最初由HTML5规范提出，旨在解决传统HTTP协议在实时通信方面的不足。与HTTP****不同，WebSocket在建立连接后可以保持长连接状态，允许服务器主动向客户端发送数据,而不需要客户端发起请求。

WebSocket通信过程如下:

1. 客户端发起一个HTTP请求，请求头中包含Upgrade: websocket，表示希望将连接升级为WebSocket连接。
2. 服务器响应请求,返回状态码101 Switching Protocols，表示同意升级协议。
3. 连接升级完成后，客户端和服务器就可以通过这个连接进行全双工通信。
4. 在通信过程中，客户端和服务器可以随时向对方发送数据,不受请求-响应模式的限制。
5. 当一方关闭连接时，WebSocket连接就会被终止。

WebSocket使用ws://（非加密）和wss://（加密）作为协议前缀,默认端口分别为80和443。

WebSocket特别适合需要实时交互、频繁通信的应用场景，例如：

1. 聊天应用：

用户可以实时发送和接收消息,无需刷新页面。
服务器可以将新消息实时推送给在线用户。
支持一对一聊天、群聊等多种聊天模式。

1. 实时协作工具：

多个用户可以同时编辑同一文档或画板,所有变更实时同步。
用户可以看到其他用户的鼠标位置、选择内容等实时状态。
常见的实时协作工具有在线文档、在线绘图等。

1. 在线游戏：

玩家之间可以实时交互,如移动、攻击、聊天等。
服务器可以将游戏状态实时同步给所有玩家。
支持多人在线对战、合作等游戏模式。

1. 实时数据更新：

股票行情、汇率、商品价格等实时数据可以通过WebSocket推送给客户端。
天气预报、新闻推送等实时信息也可以使用WebSocket及时送达。
客户端无需定时轮询，可以节省带宽和服务器资源。

1. 物联网（IoT）应用：

设备可以通过WebSocket与服务器保持长连接,实时上报数据。
服务器可以实时向设备发送控制指令，如开关灯、调节温度等。

WebSocket可以提供低延迟、高效的设备通信方式。

2. 模块的安装和配置

2.1 安装channels库

pip install channels

Channels是一个基于Django的库，用于处理WebSocket等协议。

2.2 配置ASGI应用

在settings.py中添加以下配置：

INSTALLED_APPS = [
    ...
    'channels',
]

ASGI_APPLICATION = 'myproject.asgi.application'

3. asgi.py路由

3.1 创建ASGI应用文件

ASGI（Asynchronous Server Gateway Interface）用于作为服务器网关接口，它是Django Channels的一部分,用于处理异步请求，包括WebSocket请求。
在项目根目录下创建asgi.py文件:

import os
from channels.routing import ProtocolTypeRouter, URLRouter
from django.core.asgi import get_asgi_application

from . import rontings

os.environ.setdefault('DJANGO_SETTINGS_MODULE', 'myproject.settings')

application = ProtocolTypeRouter({
    # 这里处理http路由
    "http": get_asgi_application(),
    # 这里处理WebSocket路由
    # rontings.py的websocket_urlpatterns
    "websocket": URLRouter(rontings.websocket_urlpatterns),
})

3.2 配置WebSocket路由

在项目根目录下创建routing.py文件：

from django.urls import re_path
from my_app1 import consumers

websocket_urlpatterns = [
    re_path(r'ws/?p<group>\wt/$', consumers.ChatConsumer.as_asgi()),
]

这里定义的 websocket_urlpatterns 就类似于实现 HTTP 服务器时定义的 urlpatterns ，是对应于WebSocket服务的路由规则。

正则表达式r'ws/?p<group>\wt/$'用于匹配WebSocket的URL。它匹配以ws/开头，后面跟着一个捕获组group，最后以/结尾的URL。捕获组group可以捕获URL中的一部分，并将其作为参数传递给消费者类。

消费者类consumers.ChatConsumer（下一个小节会介绍）是我们定义的处理WebSocket连接和消息的类。通过调用as_asgi()方法,我们将消费者类转换为ASGI应用，以便在路由中使用。

当一个WebSocket请求的URL匹配这个路由规则时，Django Channels会将请求交给consumers.ChatConsumer消费者类处理。消费者类可以处理连接的建立、接收消息、发送消息以及连接的关闭等事件。

4. 创建WebSocket消费者

WebSocket中的消费者，就类似于HTTP服务的View

在应用my_app1创建一个consumers.py文件，定义WebSocket消费者：

from channels.generic.websocket import WebsocketConsumer
from channels.exceptions import StopConsumer

class ChatConsumer(WebsocketConsumer):
    def websocket_connect(self):
        self.accept()
        self.send('消息')
        
    def websocket_receive(self, message):
        # 客户端基于websocket向后端发送数据时，自动触发接收消息
        print(message)
        self.send(text_data="收到消息: " + message)
        # self.close()

    def websocket_disconnect(self, message):
        # 客户端与服务器断开连接时，自动触发
        print("断开连接")
        raise StopConsumer()

5. 在前端使用WebSocket与服务器通信

创建WebSocket对象

在前端中，通过JavaScript WebSocket API与服务器建立WebSocket连接，需要先创建一个 WebSocket 对象：

const socket = new WebSocket('ws://localhost:8000/ws/chat/');

在上述示例中，ws://localhost:8000/ws/chat/是服务器的WebSocket地址。ws://表示使用WebSocket协议，localhost:8000是服务器的主机和端口，/ws/chat/是WebSocket的路径。

需要注意的是，WebSocket地址必须以ws://(非加密)或wss://(加密)开头，而不是http://或https://。并且需要再次强调，WebSocket 是一个独立的基于 TCP 的协议，本身并不是HTTP。它仅仅是初次握手时使用HTTP，一旦协议升级完成就没什么关系了。

连接建立事件

创建WebSocket对象后,当与服务器的连接成功建立时,会触发onopen事件。我们可以通过为socket.onopen属性指定一个函数来处理连接建立的逻辑:

socket.onopen = function(event) {
    console.log('WebSocket连接已建立');
    // 连接建立后的其他逻辑
};

接收消息事件

当服务器向客户端发送消息时,会触发onmessage事件。我们可以通过为socket.onmessage属性指定一个函数来处理接收到的消息：

socket.onmessage = function(event) {
    console.log('收到服务器消息:', event.data);
    // 处理接收到的消息
};

在onmessage事件处理函数中,我们可以通过event.data获取服务器发送的消息数据,并根据需要进行处理,如更新页面内容、触发特定操作等。

发送消息

要向服务器发送消息，可以使用WebSocket对象的send方法：

function sendMessage(message) {
    socket.send(message);
}

在上述示例中,sendMessage函数接受一个message参数,表示要发送的消息内容。调用socket.send(message)即可将消息发送给服务器。

服务器接收到客户端发送的消息后,会在服务器端的相应消费者中触发websocket_receive方法进行处理。

连接关闭事件

当WebSocket连接被关闭时,会触发onclose事件。我们可以通过为socket.onclose属性指定一个函数来处理连接关闭的逻辑:

socket.onclose = function(event) {
    console.log('WebSocket连接已关闭');
    // 连接关闭后的其他逻辑
};

在onclose事件处理函数中,我们可以执行一些清理操作,如更新连接状态、重新连接等。