Python WebSocket服务器端详解

1. 什么是WebSocket

WebSocket是一种现代化的网络通信协议，用于在客户端和服务器之间进行全双工、实时的通信。它与传统的HTTP协议不同，HTTP协议是一种无状态的协议，即每次客户端与服务器进行通信时都需要重新建立连接，而WebSocket协议允许客户端和服务器之间保持长连接，并且可以双向发送消息。

WebSocket协议在Web开发中非常常用，它可以用于实现实时聊天、实时更新网页内容等功能。在Python中，我们可以使用第三方库来实现WebSocket服务器端的开发，本文将介绍如何使用Python开发WebSocket服务器端。

2. Python中的WebSocket库

Python中有多个第三方库可以用于开发WebSocket服务器端，其中较为常用的有websockets和autobahn等。在本文中，我们将使用websockets库来实现WebSocket服务器端的开发。

websockets库是一个支持WebSocket协议的库，它提供了一套用于开发WebSocket服务器和客户端的API，可以方便地进行消息的发送和接收。

3. 安装websockets库

在开始之前，我们需要先安装websockets库。可以使用以下命令来安装：

pip install websockets

4. 创建WebSocket服务器端

接下来，我们将创建一个简单的WebSocket服务器端，用于接收客户端发送的消息并进行处理。首先，我们需要导入websockets库和异步编程库asyncio：

import asyncio
import websockets

然后，我们可以使用@websockets.serve装饰器来创建一个WebSocket服务器：

@websockets.serve
async def server(websocket, path):
    # 处理客户端发送的消息

# 启动服务器
asyncio.get_event_loop().run_until_complete(
    websockets.serve(server, 'localhost', 8000))
asyncio.get_event_loop().run_forever()

在上述代码中，server函数是WebSocket服务器端的处理逻辑。当客户端与服务器建立连接后，server函数将被调用，并且传入连接的websocket对象和连接的路径path作为参数。

在server函数中，我们可以处理客户端发送的消息，并向客户端发送响应。

5. 处理客户端发送的消息

在WebSocket服务器端中，我们可以通过websocket.recv()方法来接收客户端发送的消息。recv()方法是一个异步方法，可以使用await关键字来等待接收消息。

以下是一个简单的处理客户端发送的消息的例子：

async def server(websocket, path):
    while True:
        message = await websocket.recv()
        print(f'Received message: {message}')

在上述代码中，websocket.recv()方法用于接收客户端发送的消息，并将消息赋值给message变量。然后，我们可以对收到的消息进行处理，例如打印消息内容。

6. 向客户端发送消息

在WebSocket服务器端中，我们可以使用websocket.send()方法来向客户端发送消息。send()方法也是一个异步方法，可以使用await关键字来等待发送完成。

以下是一个向客户端发送消息的例子：

async def server(websocket, path):
    while True:
        message = await websocket.recv()
        print(f'Received message: {message}')

        # 向客户端发送消息
        response = f'Received message: {message}'
        await websocket.send(response)

在上述代码中，我们首先接收客户端发送的消息，并将消息赋值给message变量。然后，我们可以对消息进行处理，例如打印消息内容。

接着，我们可以定义一个响应消息response，将处理结果赋值给它。

最后，我们使用websocket.send()方法将响应消息发送给客户端。

7. 完整的WebSocket服务器端代码示例

以下为一个完整的WebSocket服务器端代码示例：

import asyncio
import websockets

async def server(websocket, path):
    while True:
        message = await websocket.recv()
        print(f'Received message: {message}')

        # 向客户端发送消息
        response = f'Received message: {message}'
        await websocket.send(response)

asyncio.get_event_loop().run_until_complete(
    websockets.serve(server, 'localhost', 8000))
asyncio.get_event_loop().run_forever()

当我们运行以上代码并启动WebSocket服务器后，服务器将在localhost的8000端口开始监听。当有客户端连接上来并发送消息时，服务器将打印收到的消息，并向客户端发送响应消息。

8. 测试WebSocket服务器端

要测试WebSocket服务器端，我们可以使用浏览器自带的开发者工具来模拟客户端的行为。

在浏览器中打开控制台，并执行以下JavaScript代码：

// 创建WebSocket连接
var ws = new WebSocket('ws://localhost:8000/');

// 接收服务器发送的消息
ws.onmessage = function(event) {
  console.log('Received message:', event.data);
};

// 向服务器发送消息
ws.send('Hello, server!');

在控制台中执行以上代码后，浏览器将与WebSocket服务器建立连接，并发送一条消息。

我们可以在WebSocket服务器的控制台中看到打印出的收到的消息，并且服务器将向浏览器发送响应消息。