python websocket模块_python websocket学习使用

前言

今天看了一些资料,记录一下心得。

websocket是html5引入的一个新特性,传统的web应用是通过http协议来提供支持,如果要实时同步传输数据,需要轮询,效率低下

websocket是类似socket通信,web端连接服务器后,握手成功,一直保持连接,可以理解为长连接,这时服务器就可以主动给客户端发送数据,实现数据的自动更新。

使用websocket需要注意浏览器和当前的版本,不同的浏览器提供的支持不一样,因此设计服务器的时候,需要考虑。

进一步简述

websocket是一个浏览器和服务器通信的新的协议,一般而言,浏览器和服务器通信最常用的是http协议,但是http协议是无状态的,每次浏览器请求信息,服务器返回信息后这个浏览器和服务器通信的信道就被关闭了,这样使得服务器如果想主动给浏览器发送信息变得不可能了,服务器推技术在http时代的解决方案一个是客户端去轮询,或是使用comet技术,而websocket则和一般的socket一样,使得浏览器和服务器建立了一个双工的通道。

具体的websocket协议在rfc6455里面有,这里简要说明一下。websocket通信需要先有个握手的过程,使得协议由http转变为webscoket协议,然后浏览器和服务器就可以利用这个socket来通信了。

首先浏览器发送握手信息,要求协议转变为websocket

GET / HTTP/1.1

Host: example.com

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==

Origin: http://example.com

服务器接收到信息后,取得其中的Sec-WebSocket-Key,将他和一个固定的字符串258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11做拼接,得到的字符串先用sha1做一下转换,再用base64转换一下,就得到了回应的字符串,这样服务器端发送回的消息是这样的

HTTP/1.1 101 Switching Protocols

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

这样握手就完成了,用python来实现这段握手过程的话就是下面这样。

def handshake(conn):

key =None

data = conn.recv(8192)

if not len(data):

return False

for line in data.split('\r\n\r\n')[0].split('\r\n')[1:]:

k, v = line.split(': ')

if k =='Sec-WebSocket-Key':

key =base64.b64encode(hashlib.sha1(v +'258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11').digest())

if not key:

conn.close()

return False

response ='HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n'\

'Upgrade: websocket\r\n'\

'Connection: Upgrade\r\n'\

'Sec-WebSocket-Accept:'+ key +'\r\n\r\n'

conn.send(response)

return True

握手过程完成之后就是信息传输了,websocket的数据信息格式是这样的。

+-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+

0 1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+

|F|R|R|R| opcode|M| Payload len | Extended payload length |

|I|S|S|S| (4) |A| (7) | (16/64) |

|N|V|V|V| |S| | (if payload len==126/127) |

| |1|2|3| |K| | |

+-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +

| Extended payload length continued, if payload len == 127 |

+ - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+

| | Masking-key, if MASK set to 1 |

+-------------------------------+-------------------------------+

| Masking-key (continued) | Payload Data |

+-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - +

: Payload Data continued ... :

+ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +

| Payload Data continued ... |

+---------------------------------------------------------------+

值得注意的是payload len这项,表示数据的长度有多少,如果小于126,那么payload len就是数据的长度,如果是126那么接下来2个字节是数据长度,如果是127表示接下来8个字节是数据长度,然后后面会有四个字节的mask,真实数据要由payload data和mask做异或才能得到,这样就可以得到数据了。发送数据的格式和接受的数据类似,具体细节可以去参考rfc6455,这里就不过多赘述了。

Python的Websocket客户端:Websocket-Client

Websocket-Client 是 Python 上的 Websocket 客户端。它只支持 hybi-13,且所有的 Websocket API 都支持同步。

Installation

This module is tested on Python 2.7 and Python 3.x.

Type "python setup.py install" or "pip install websocket-client" to install.

Caution!

from v0.16.0, we can install by "pip install websocket-client" for python 3.

This module depend on

six

backports.ssl_match_hostname for Python 2.x

Python通过websocket与js客户端通信示例分析

这里,介绍如何使用 Python 与前端 js 进行通信。

websocket 使用 HTTP 协议完成握手之后,不通过 HTTP 直接进行 websocket 通信。

于是,使用 websocket 大致两个步骤:使用 HTTP 握手,通信。

js 处理 websocket 要使用 ws 模块; Python 处理则使用 socket 模块建立 TCP 连接即可,比一般的 socket ,只多一个握手以及数据处理的步骤。

包格式

js 客户端先向服务器端 python 发送握手包,格式如下:

GET /chat HTTP/1.1

Host: server.example.com

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==

Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat

Sec-WebSocket-Version: 13

服务器回应包格式:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

Sec-WebSocket-Protocol: chat

其中, Sec-WebSocket-Key 是随机的,服务器用这些数据构造一个 SHA-1 信息摘要。

方法为: key+migic , SHA-1 加密, base-64 加密

Python 中的处理代码:

MAGIC_STRING= '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'

res_key= base64.b64encode(hashlib.sha1(sec_key+ MAGIC_STRING).digest())

握手完整代码

js 端

js 中有处理 websocket 的类,初始化后自动发送握手包,如下:

var socket = new WebSocket('ws://localhost:3368');

Python 端

Python 用 socket 接受得到握手字符串,处理后发送

HOST= 'localhost'

PORT= 3368

MAGIC_STRING= '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'

HANDSHAKE_STRING= "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n" \

"Upgrade:websocket\r\n" \

"Connection: Upgrade\r\n" \

"Sec-WebSocket-Accept: {1}\r\n" \

"WebSocket-Location: ws://{2}/chat\r\n" \

"WebSocket-Protocol:chat\r\n\r\n"

def handshake(con):

#con为用socket,accept()得到的socket

headers= {}

shake= con.recv(1024)

if not len(shake):

return False

header, data= shake.split('\r\n\r\n',1)

for linein header.split('\r\n')[1:]:

key, val= line.split(': ',1)

headers[key]= val

if 'Sec-WebSocket-Key' not in headers:

print ('This socket is not websocket, client close.')

con.close()

return False

sec_key= headers['Sec-WebSocket-Key']

res_key= base64.b64encode(hashlib.sha1(sec_key+ MAGIC_STRING).digest())

str_handshake= HANDSHAKE_STRING.replace('{1}', res_key).replace('{2}', HOST+ ':' + str(PORT))

print str_handshake

con.send(str_handshake)

return True

通信

不同版本的浏览器定义的数据帧格式不同, Python 发送和接收时都要处理得到符合格式的数据包,才能通信。

Python 接收

Python 接收到浏览器发来的数据,要解析后才能得到其中的有用数据。

固定字节:

( 1000 0001 或是 1000 0002 )这里没用,忽略

包长度字节:

第一位肯定是 1 ,忽略。剩下 7 个位可以得到一个整数 (0 ~ 127) ,其中

( 1-125 )表此字节为长度字节,大小即为长度;

(126)表接下来的两个字节才是长度;

(127)表接下来的八个字节才是长度;

用这种变长的方式表示数据长度,节省数据位。

mark 掩码:

mark 掩码为包长之后的 4 个字节,之后的兄弟数据要与 mark 掩码做运算才能得到真实的数据。

兄弟数据:

得到真实数据的方法:将兄弟数据的每一位 x ,和掩码的第 i%4 位做 xor 运算,其中 i 是 x 在兄弟数据中的索引。

完整代码

def recv_data(self, num):

try:

all_data= self.con.recv(num)

if not len(all_data):

return False

except:

return False

else:

code_len= ord(all_data[1]) &127

if code_len== 126:

masks= all_data[4:8]

data= all_data[8:]

elif code_len== 127:

masks= all_data[10:14]

data= all_data[14:]

else:

masks= all_data[2:6]

data= all_data[6:]

raw_str= ""

i= 0

for din data:

raw_str+= chr(ord(d) ^ord(masks[i% 4]))

i+= 1

return raw_str

js 端的 ws 对象,通过 ws.send(str) 即可发送

ws.send(str)

Python 发送

Python 要包数据发送,也需要处理

固定字节:固定的 1000 0001( ‘ \x81 ′ )

包长:根据发送数据长度是否超过 125 , 0xFFFF(65535) 来生成 1 个或 3 个或 9 个字节,来代表数据长度。

def send_data(self, data):

if data:

data= str(data)

else:

return False

token= "\x81"

length= len(data)

if length <126:

token+= struct.pack("B", length)

elif length <= 0xFFFF:

token+= struct.pack("!BH",126, length)

else:

token+= struct.pack("!BQ",127, length)

#struct为Python中处理二进制数的模块,二进制流为C,或网络流的形式。

data= '%s%s' % (token, data)

self.con.send(data)

return True

js 端通过回调函数 ws.onmessage() 接受数据

ws.onmessage =function(result,nTime){

alert("从服务端收到的数据:");

alert("最近一次发送数据到现在接收一共使用时间:" + nTime);

console.log(result);

}

最终代码

Python服务端

#_*_ coding:utf-8 _*_

__author__ = 'Patrick'

importsocketimportthreadingimportsysimportosimportMySQLdbimportbase64importhashlibimportstruct#====== config ======

HOST = 'localhost'PORT= 3368MAGIC_STRING= '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'HANDSHAKE_STRING= "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n"\"Upgrade:websocket\r\n"\"Connection: Upgrade\r\n"\"Sec-WebSocket-Accept: {1}\r\n"\"WebSocket-Location: ws://{2}/chat\r\n"\"WebSocket-Protocol:chat\r\n\r\n"

classTh(threading.Thread):def __init__(self, connection,):

threading.Thread.__init__(self)

self.con=connectiondefrun(self):whileTrue:try:passself.con.close()defrecv_data(self, num):try:

all_data=self.con.recv(num)if notlen(all_data):returnFalseexcept:returnFalseelse:

code_len= ord(all_data[1]) & 127

if code_len == 126:

masks= all_data[4:8]

data= all_data[8:]elif code_len == 127:

masks= all_data[10:14]

data= all_data[14:]else:

masks= all_data[2:6]

data= all_data[6:]

raw_str= ""i=0for d indata:

raw_str+= chr(ord(d) ^ ord(masks[i % 4]))

i+= 1

returnraw_str#send data

defsend_data(self, data):ifdata:

data=str(data)else:returnFalse

token= "\x81"length=len(data)if length < 126:

token+= struct.pack("B", length)elif length <= 0xFFFF:

token+= struct.pack("!BH", 126, length)else:

token+= struct.pack("!BQ", 127, length)#struct为Python中处理二进制数的模块,二进制流为C,或网络流的形式。

data = '%s%s' %(token, data)

self.con.send(data)returnTrue#handshake

defhandshake(con):

headers={}

shake= con.recv(1024)if notlen(shake):returnFalse

header, data= shake.split('\r\n\r\n', 1)for line in header.split('\r\n')[1:]:

key, val= line.split(':', 1)

headers[key]=valif 'Sec-WebSocket-Key' not inheaders:print ('This socket is not websocket, client close.')

con.close()returnFalse

sec_key= headers['Sec-WebSocket-Key']

res_key= base64.b64encode(hashlib.sha1(sec_key +MAGIC_STRING).digest())

str_handshake= HANDSHAKE_STRING.replace('{1}', res_key).replace('{2}', HOST + ':' +str(PORT))printstr_handshake

con.send(str_handshake)returnTruedefnew_service():"""start a service socket and listen

when coms a connection, start a new thread to handle it"""sock=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)try:

sock.bind(('localhost', 3368))

sock.listen(1000)#链接队列大小

print "bind 3368,ready to use"

except:print("Server is already running,quit")

sys.exit()whileTrue:

connection, address=sock.accept()#返回元组(socket,add),accept调用时会进入waite状态

print "Got connection from", addressifhandshake(connection):print "handshake success"

try:

t=Th(connection, layout)

t.start()print 'new thread for client ...'

except:print 'start new thread error'connection.close()if __name__ == '__main__':

new_service()

js客户 端

var socket = new WebSocket('ws://localhost:3368');

ws.onmessage= function(result,nTime){

alert("从服务端收到的数据:");

alert("最近一次发送数据到现在接收一共使用时间:" +nTime);

console.log(result);

}

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