概述
网站大多使用HTTP协议通信，而HTTP是无连接的协议。只有客户端请求时，服务器端才能发出相应的应答，HTTP请求的包也比较大，如果只是很小的数据通信，开销过大。于是，我们可以使用websocket这个协议，用最小的开销实现面向连接的通信。
具体的websocket介绍可见http://zh.wikipedia.org/wiki/WebSocket
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。
握手
过程
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==
Origin: http://example.com
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，如下：
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 Protocolsrn"
"Upgrade:websocketrn"
"Connection: Upgradern"
"Sec-WebSocket-Accept: {1}rn"
"WebSocket-Location: ws://{2}/chatrn"
"WebSocket-Protocol:chatrnrn"
def handshake(con):
#con为用socket，accept()得到的socket
#这里省略监听，accept的代码,具体可见blog：http://blog.csdn.net/ice110956/article/details/29830627
headers = {}
shake = con.recv(1024)
if not len(shake):
return False
header, data = shake.split('rnrn', 1)
for line in header.split('rn')[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。
浏览器包格式
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 d in 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，发送包格式如下
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'
import socket
import threading
import sys
import os
import MySQLdb
import base64
import hashlib
import struct
# ====== config ======
HOST = 'localhost'
PORT = 3368
MAGIC_STRING = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'
HANDSHAKE_STRING = "HTTP/1.1 101 Switching Protocolsrn"
"Upgrade:websocketrn"
"Connection: Upgradern"
"Sec-WebSocket-Accept: {1}rn"
"WebSocket-Location: ws://{2}/chatrn"
"WebSocket-Protocol:chatrnrn"
class Th(threading.Thread):
def __init__(self, connection,):
threading.Thread.__init__(self)
self.con = connection
def run(self):
while True:
try:
pass
self.con.close()
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 d in data:
raw_str += chr(ord(d) ^ ord(masks[i % 4]))
i += 1
return raw_str
# send data
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
# handshake
def handshake(con):
headers = {}
shake = con.recv(1024)
if not len(shake):
return False
header, data = shake.split('rnrn', 1)
for line in header.split('rn')[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
def new_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()
while True:
connection, address = sock.accept()
#返回元组（socket,add），accept调用时会进入waite状态
print "Got connection from ", address
if handshake(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
<script>
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);
}
</script>
推荐blog
http://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/7108982
http://blog.mycolorway.com/2011/11/22/a-minimal-python-websocket-server/
最后
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