Python实现WebSocket通信

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议,位于 OSI 模型的应用层。

与传统的HTTP请求-响应模型不同，WebSocket的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，实现实时性和互动性。

WebSocket关键特点：

双向通信：WebSocket提供了全双工通信，允许服务器和客户端同时发送和接收数据。相比起传统的HTTP请求-响应模型，WebSocket使得服务器可以主动推送数据给客户端，而不需要客户端首先发起请求。
持久连接：与HTTP请求不同，WebSocket连接是持久的，即一旦建立连接，它将保持打开状态，直到其中一方关闭连接或发生错误。
轻量级协议：WebSocket使用简单的消息传递协议，在传输数据时减少了额外的开销。它采用二进制帧格式或文本帧格式来发送数据。
跨域支持：WebSocket支持跨域通信，允许在不同域名或端口之间建立连接和交换数据。

WebSocket在许多场景下非常有用，特别是实时通信和实时数据更新方面。

常见的编程语言和框架提供了对WebSocket的支持，可以使用WebSocket API来建立WebSocket连接，并使用WebSocket的事件和方法来处理连接的打开、关闭、错误和消息等操作。

前端demo.html

<!DOCTYPE html>
<html>
<head lang="en"><meta charset="UTF-8"><script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/jquery/3.5.1/jquery.min.js"></script>
</head>
<body>
<ul id="content"></ul>
<form class="form"><input type="button" value="连接" id="connect" class="connect"/><br/><input type="text" placeholder="请输入发送的消息" class="message" id="message"/><input type="button" value="发送" id="send" class="connect"/>
</form><script type="text/javascript">var oUl=document.getElementById('content');var oConnect=document.getElementById('connect');var oSend=document.getElementById('send');var websocket=null;oConnect.onclick=function(){websocket=new WebSocket('ws://127.0.0.1:10083');<!--客户端链接后触发-->websocket.onopen=function(){oUl.innerHTML+="<li>客户端已连接</li>";}<!--收到消息后触发-->websocket.onmessage=function(evt){oUl.innerHTML+="<li>"+evt.data+"</li>";}<!--关闭后触发-->websocket.onclose=function(){oUl.innerHTML+="<li>客户端已断开连接</li>";};<!--出错后触发-->websocket.onerror=function(evt){oUl.innerHTML+="<li>"+evt.data+"</li>";};};oSend.onclick=function(){if(websocket){websocket.send($("#message").val())}}
</script>
</body>
</html>

后端main.py

import socket, struct, hashlib, base64
import threading# 获取请求头部数据,并将请求头转换为字典
def get_headers(data):headers = {}data = str(data, encoding="utf-8")header, body = data.split("\r\n\r\n", 1)header_list = header.split("\r\n")for i in header_list:i_list = i.split(":", 1)if len(i_list) >= 2:headers[i_list[0]] = "".join(i_list[1::]).strip()else:i_list = i.split(" ", 1)if i_list and len(i_list) == 2:headers["method"] = i_list[0]headers["protocol"] = i_list[1]print("请求类型: {} 请求协议: {}".format(i_list[0],i_list[1]))return headers# 接收数据时的解码过程
def parse_payload(payload):payload_len = payload[1] & 127if payload_len == 126:mask = payload[4:8]decoded = payload[8:]elif payload_len == 127:mask = payload[10:14]decoded = payload[14:]else:mask = payload[2:6]decoded = payload[6:]# 将所有数据全部收集起来，对所有字符串编码bytes_list = bytearray()for i in range(len(decoded)):chunk = decoded[i] ^ mask[i % 4]bytes_list.append(chunk)body = str(bytes_list, encoding='utf-8')return body# 封装并发送数据到浏览器
def send_msg(conn, msg_bytes):# 接收的第一个字节都是x81不变first_byte = b"\x81"length = len(msg_bytes)if length < 126:first_byte += struct.pack("B", length)elif length <= 0xFFFF:first_byte += struct.pack("!BH", 126, length)else:first_byte += struct.pack("!BQ", 127, length)msg = first_byte + msg_bytesconn.sendall(msg)return True# 从浏览器中接收数据
def recv_msg(conn):data_recv = conn.recv(8096)if data_recv[0:1] == b"\x81":data_parse = parse_payload(data_recv)return data_parsereturn False# 建立握手流程并创建 handler_msg 完成数据收发
def handler_accept(sock):while True:conn, addr = sock.accept()data = conn.recv(8096)headers = get_headers(data)# 对请求头中的sec-websocket-key进行加密response_tpl = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n" \"Upgrade:websocket\r\n" \"Connection: Upgrade\r\n" \"Sec-WebSocket-Accept: %s\r\n" \"WebSocket-Location: ws://%s\r\n\r\n"# 加盐操作,此处是H5规范定义好的magic_string = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'if headers.get('Sec-WebSocket-Key'):value = headers['Sec-WebSocket-Key'] + magic_string# 对数据进行加解密ac = base64.b64encode(hashlib.sha1(value.encode('utf-8')).digest())response_str = response_tpl % (ac.decode('utf-8'), headers.get("Host"))# 相应握手包数据conn.sendall(bytes(response_str, encoding="utf-8"))t = threading.Thread(target=handler_msg, args=(conn, ))t.start()# 主函数,用于实现数据交互
def handler_msg(connect):with connect as connect_ptr:while True:try:recv = recv_msg(connect_ptr)msg_str = "接收数据: {}".format(recv)print(msg_str)send_msg(connect_ptr, bytes(msg_str, encoding="utf-8"))except Exception:exit(0)if __name__ == "__main__":sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)sock.bind(("127.0.0.1", 10083))sock.listen(5)print("Start Server ws://127.0.0.1:10083")t = threading.Thread(target=handler_accept(sock))t.start()

主要功能包括：