twisted(2)–聊天系统

我们今天要做一个聊天系统,这样可以和我们之前flask api那系列文章结合起来;其次,聊天系统最能代表tcpserver,以后可以套用各种模型,比如我们公司做的物联网,其实就是把聊天系统简化一下。

twisted官方网站已经为我们提供了一个非常好的例子,我们研究一下,然后在此基础上进行修改即可(这方面确实要比tornado做得好,不过tornado在阅读源码方面又有很大优势,以后我们做一个tornado版的)

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from twisted.internet.protocol import Factory
from twisted.protocols.basic import LineReceiver
from twisted.internet import reactor

class Chat(LineReceiver):
    def __init__(self, users):
        self.users = users
        self.name = None
        self.state = "GETNAME"

    def connectionMade(self):
        self.sendLine("What's your name?")

    def connectionLost(self, reason):
        if self.name in self.users:
            del self.users[self.name]

    def lineReceived(self, line):
        if self.state == "GETNAME":
            self.handle_GETNAME(line)
        else:
            self.handle_CHAT(line)

    def handle_GETNAME(self, name):
        if name in self.users:
            self.sendLine("Name taken, please choose another.")
            return
        self.sendLine("Welcome, %s!" % (name,))
        self.name = name
        self.users[name] = self
        self.state = "CHAT"

    def handle_CHAT(self, message):
        message = "<%s> %s" % (self.name, message)
        for name, protocol in self.users.iteritems():
            if protocol != self:
                protocol.sendLine(message)

class ChatFactory(Factory):
    def __init__(self):
        self.users = {} # maps user names to Chat instances

    def buildProtocol(self, addr):
        return Chat(self.users)

reactor.listenTCP(8123, ChatFactory())
reactor.run()
复制代码

代码非常简单,每个用户连接上来的时候,都新建一个Chat对象,Chat类中,包含各种对单个连接的操作方法,其实看名字都可以看出来他们的作用,

构造函数__init__中定义了3个变量,users是一个字典,包含所有当前连接的对象,key是它的name,value是Chat对象本身,代表自己这个连接;name标识这个连接名称,一定要明了,唯一,我们以后会用客户的电话号码作为它的name;state有点意思,它代表一个状态,当这个连接没有通过验证的时候,是一个状态,验证过以后,又是一个状态。其实state以后还会继续扩展,比如说,在很多时候,会有很多垃圾连接进来,通常一个连接上来,在一定时间内还没有通过验证,就可以abort掉。

connectionMade看名字也知道,连接创建好以后,触发的函数。

connectionLost看名字意思,连接丢失以后,触发的函数,这个函数以后可以扩展到redis记录连接状态。

lineReceived这个是一个连接用的最多的函数,就是数据接受到以后,触发的函数,下面2个函数就是在此基础上构建而成的。

handle_GETNAME和handle_CHAT的运用跟连接的state有关,当state在未验证状态时,调用handle_GETNAME函数;当已经验证过时,调用handle_CHAT。

再看看factory类,其中users就不用说了,记录每个连接的变量。

buildProtocol,新建一个连接以后,触发的函数,它调用了Chat的构造函数,新建一个Chat对象。

其实Chat继承LineReceive,而LineReceive继承Protocol的。真实的连接是transport,所以我们这个例子中没有展示出来transport,只有sendLine这样的函数,我下面自己写例子的时候,会加上去;Protocol其实就是整个连接连上来以后,加上一些这个连接当前的状态,再加上一些基本操作方法组成的;Factory就是所有Protocol组成的一个工厂类,每新加入或者减少一个Protocol对象时,都能在Factory里面表现出来。

整个代码分析完毕,官方例子就可以直接运行了,看看运行结果吧。

用telnet模拟一个客户端,就可以很好的操作了。

以上全是官方的例子,我们要引入自己的项目。

首先,数据模型,官方例子很简单,直接把str格式的数据发送出去,在测试的时候没问题,但正式项目中绝对不可能。通常每个数据,都会由2部分组成,一个header作为头,一个content作为内容。其实就是模拟http。header中,通常有数据长度、版本号、数据类型id等,这个都不是必须的,要根据你实际项目来。content作为真实数据内容,一般都用json数据格式,当然,如果你追求效率,也可以用google protor buf或者facebook的数据模式,都可以(很多公司都用的google protor buf模式,解析速度比较快,我们这为了简单,就用json格式)。

上面是我们数据格式,绿色段就是header,蓝色段就是content。我上面就说了,这只是随便写的一个项目,在真实项目中,要根据你的需求来选择,很可能要保留字段。这边稍微解释一下command_id,其实这个就类似于http中的url,http根据url表明它的作用;我们这同样根据command_id标示它的作用,因为在整个过程中,不但有聊天,还有验证过程,以后还可能有广播,组播等各种功能。我们就根据command_id来判断这个数据的作用(其实写到这,大家完全可以看出来,我们基本就是跟http学的,现实过程中也这样,几乎都在模仿http),而响应之类的,就是服务器主动推送给客户端的command_id,这也是跟http不同的地方,很多时候,我们都是主动推送给客户端。

好了,既然已经这样规定,我们再详细规定一下command_id吧,就像http的url一样。

我们先比较简单的设定一下,以后要是有改动,再改变。

我们重写tcpserver,代码如下:

复制代码
# coding:utf-8
from twisted.internet.protocol import Factory, Protocol
from twisted.internet import reactor
import struct
import json
from twisted.python import log
import sys
log.startLogging(sys.stdout)

class Chat(Protocol):
    def __init__(self, users):
        self.users = users
        self.phone_number = None
        self.state = "VERIFY"
        self.version = 0
        self.command_func_dict = {
            1: self.handle_verify,
            2: self.handle_single_chat,
            3: self.handle_group_chat,
            4: self.handle_broadcast_chat
        }

    def connectionMade(self):
        log.msg("New connection, the info is:", self.transport.getPeer())

    def connectionLost(self, reason):
        if self.phone_number in self.users:
            del self.users[self.phone_number]

    def dataReceived(self, data):
        """
        接受到数据以后的操作
        """
        length, self.version, command_id = struct.unpack('!3I', data[:12])
        content = data[12:length]

        if command_id not in [1, 2, 3, 4]:
            return

        if self.state == "VERIFY" and command_id == 1:
            self.handle_verify(content)
        else:
            self.handle_data(command_id, content)

    def handle_verify(self, content):
        """
        验证函数
        """
        content = json.loads(content)
        phone_number = content.get('phone_number')
        if phone_number in self.users:
            log.msg("电话号码<%s>存在老的连接." % phone_number.encode('utf-8'))
            self.users[phone_number].connectionLost("")
        log.msg("欢迎, %s!" % (phone_number.encode('utf-8'),))
        self.phone_number = phone_number
        self.users[phone_number] = self
        self.state = "DATA"

        send_content = json.dumps({'code': 1})

        self.send_content(send_content, 101, [phone_number])

    def handle_data(self, command_id, content):
        """
        根据command_id来分配函数
        """
        self.command_func_dict[command_id](content)

    def handle_single_chat(self, content):
        """
        单播
        """
        content = json.loads(content)
        chat_from = content.get('chat_from')
        chat_to = content.get('chat_to')
        chat_content = content.get('chat_content')
        send_content = json.dumps(dict(chat_from=chat_from, chat_content=chat_content))

        self.send_content(send_content, 102, [chat_to])

    def handle_group_chat(self, content):
        """
        组播
        """
        content = json.loads(content)
        chat_from = content.get('chat_from')
        chat_to = content.get('chat_to')
        chat_content = content.get('chat_content')
        send_content = json.dumps(dict(chat_from=chat_from, chat_content=chat_content))

        phone_numbers = chat_to
        self.send_content(send_content, 103, phone_numbers)

    def handle_broadcast_chat(self, content):
        """
        广播
        """
        content = json.loads(content)
        chat_from = content.get('chat_from')
        chat_content = content.get('chat_content')
        send_content = json.dumps(dict(chat_from=chat_from, chat_content=chat_content))

        phone_numbers = self.users.keys()
        self.send_content(send_content, 104, phone_numbers)

    def send_content(self, send_content, command_id, phone_numbers):
        """
        发送函数
        """
        length = 12 + len(send_content)
        version = self.version
        command_id = command_id
        header = [length, version, command_id]
        header_pack = struct.pack('!3I', *header)
        for phone_number in phone_numbers:
            if phone_number in self.users.keys():
                self.users[phone_number].transport.write(header_pack + send_content)
            else:
                log.msg("Phone_number:%s 不在线,不能聊天." % phone_number.encode('utf-8'))

class ChatFactory(Factory):
    def __init__(self):
        self.users = {}

    def buildProtocol(self, addr):
        return Chat(self.users)

reactor.listenTCP(8124, ChatFactory())
reactor.run()
复制代码

 

代码修改的比较多,

首先,直接从Protocol继承了,这样比从LineReceive继承更直观一点;command_func_dict代表command_id和其处理函数的一一对应字典;

其次,dataReceived是主要的接受函数,接受到数据以后,先解析header,根据header里面的length截取数据,再根据command_id来把数据送个它的处理函数。如果command_id为1,就进入验证函数;如果为其他,就进入其他数据处理函数,不过要先验证通过,才能用其他函数处理。这就跟http一样。(这边以后要重写的,大家想象一下,如果我一个客户端连接,同时发送2个数据,按照上面代码,只能处理一个数据,另外一个就丢弃了。)

最后,send_content为总的发送函数,先把header头组建好,然后加上数据,就发送了。这边可能遇到发送的客户端不在线,要先检测一下(以后还会遇到各种意外断线情况,服务器端没法及时检测到,这个以后再讲。)

服务器端是不是很简单?再写一个客户端代码,客户端如果用GUI方式写的话,篇幅太长了,我们这就用最简单的方式,模拟客户端操作。下面是客户端代码。

复制代码
# coding:utf-8
from twisted.internet import reactor, task
from twisted.internet.protocol import Protocol, ClientFactory
import struct
from twisted.python import log
import sys
import json
log.startLogging(sys.stdout)

class EchoClient(Protocol):
    def __init__(self):
        self.command_func_dict = {
            101: self.handle_verify_s,
            102: self.handle_single_chat_s,
            103: self.handle_group_chat_s,
            104: self.handle_broadcast_chat_s
        }
        self.version = 0
        self.state = "VERIFY"
        self.phone_number = ""

    def connectionMade(self):
        log.msg("New connection", self.transport.getPeer())

    def dataReceived(self, data):
        length, self.version, command_id = struct.unpack('!3I', data[:12])
        content = data[12:length]
        if self.state == "VERIFY" and command_id == 101:
            self.handle_verify_s(content)
        else:
            self.handle_data(command_id, content)

    def handle_data(self, command_id, pack_data):
        self.command_func_dict[command_id](pack_data)

    def connectionLost(self, reason):
        log.msg("connection lost")

    def handle_verify_s(self, pack_data):
        """
        接受验证结果
        """
        content = json.loads(pack_data)
        code = content.get('code')
        if code == 1:
            log.msg('验证通过')
        self.state = "Data"

    def handle_single_chat_s(self, pack_data):
        """
        接受单聊
        """
        content = json.loads(pack_data)
        chat_from = content.get('chat_from')
        chat_content = content.get('chat_content')
        log.msg("[单聊][%s]:%s" % (chat_from.encode('utf-8'), chat_content.encode('utf-8')))

    def handle_group_chat_s(self, pack_data):
        """
        接受组聊
        """
        content = json.loads(pack_data)
        chat_from = content.get('chat_from')
        chat_content = content.get('chat_content')
        log.msg("[组聊][%s]:%s" % (chat_from.encode('utf-8'), chat_content.encode('utf-8')))

    def handle_broadcast_chat_s(self, pack_data):
        """
        接受广播
        """
        content = json.loads(pack_data)
        chat_from = content.get('chat_from')
        chat_content = content.get('chat_content')
        log.msg("[群聊][%s]:%s" % (chat_from.encode('utf-8'), chat_content.encode('utf-8')))

    def send_verify(self, phone_number):
        """
        发送验证
        """
        content = json.dumps(dict(phone_number=phone_number))
        self.send_data(content, 1)

    def send_single_chat(self, chat_from, chat_to, chat_content):
        """
        发送单聊内容
        """
        content = json.dumps(dict(chat_from=chat_from, chat_to=chat_to, chat_content=chat_content))
        self.send_data(content, 2)

    def send_group_chat(self, chat_from, chat_to, chat_content):
        """
        发送组聊内容
        """
        content = json.dumps(dict(chat_from=chat_from, chat_to=chat_to, chat_content=chat_content))
        self.send_data(content, 3)

    def send_broadcast_chat(self, chat_from, chat_content):
        """
        发送群聊内容
        """
        content = json.dumps(dict(chat_from=chat_from, chat_content=chat_content))
        self.send_data(content, 4)

    def send_data(self, send_content, command_id):
        """
        发送函数
        """
        length = 12 + len(send_content)
        version = self.version
        command_id = command_id
        header = [length, version, command_id]
        header_pack = struct.pack('!3I', *header)
        self.transport.write(header_pack + send_content)

class EchoClientFactory(ClientFactory):
    def __init__(self):
        self.p = EchoClient()

    def startedConnecting(self, connector):
        log.msg("Started to connect")

    def buildProtocol(self, addr):
        log.msg("Connected.")
        return self.p

    def clientConnectionFailed(self, connector, reason):
        log.msg("Lost connection. Reason:", reason)

    def clientConnectionLost(self, connector, reason):
        log.msg("Connection failed. Reason:", reason)

if __name__ == '__main__':
    cf = EchoClientFactory()
    chat_from = sys.argv[1]
    all_phone_numbers = ['000001', '000002', '000003', '000004']
    all_phone_numbers.remove(chat_from)
    import random
    reactor.callLater(3, cf.p.send_verify, chat_from)
    reactor.callLater(10, cf.p.send_single_chat, chat_from, random.choice(all_phone_numbers), '你好,这是单聊')
    reactor.callLater(11, cf.p.send_group_chat, chat_from, [random.choice(all_phone_numbers), random.choice(all_phone_numbers)], '你好,这是组聊')
    reactor.callLater(12, cf.p.send_broadcast_chat, chat_from, '你好,这是群聊')

    reactor.connectTCP('127.0.0.1', 8124, cf)

    reactor.run()
复制代码

客户端比较简单,主要是几个发送函数,基本都是以send_开头,就是主动发送消息以及验证的;接受从服务器的处理函数,基本以handle_开头。跟服务器端一样,接受到数据以后,先解析header,根据header里面的length截取数据,再根据command_id来把数据送个它的处理函数。

这边弄了个定时任务,第3秒开始验证;第10秒随机发送一个单聊;第11秒随机发送一个组聊;第12秒发送一个群聊。

我们开3个客户端,看看结果吧。

复制代码
yudahai@yudahaiPC:tcpserver$ python frontClient.py 000001
2016-06-21 17:33:17+0800 [-] Log opened.
2016-06-21 17:33:17+0800 [-] Starting factory <__main__.EchoClientFactory instance at 0x7fa325b41680>
2016-06-21 17:33:17+0800 [-] Started to connect
2016-06-21 17:33:17+0800 [Uninitialized] Connected.
2016-06-21 17:33:17+0800 [Uninitialized] New connection IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', 8124)
2016-06-21 17:33:20+0800 [EchoClient,client] 验证通过
2016-06-21 17:33:29+0800 [EchoClient,client] [群聊][000001]:你好,这是群聊
2016-06-21 17:33:29+0800 [EchoClient,client] [单聊][000002]:你好,这是单聊
2016-06-21 17:33:30+0800 [EchoClient,client] [组聊][000002]:你好,这是组聊
2016-06-21 17:33:31+0800 [EchoClient,client] [群聊][000002]:你好,这是群聊
2016-06-21 17:33:38+0800 [EchoClient,client] [单聊][000003]:你好,这是单聊
2016-06-21 17:33:39+0800 [EchoClient,client] [组聊][000003]:你好,这是组聊
2016-06-21 17:33:40+0800 [EchoClient,client] [群聊][000003]:你好,这是群聊
复制代码
复制代码
yudahai@yudahaiPC:tcpserver$ python frontClient.py 000002
2016-06-21 17:33:19+0800 [-] Log opened.
2016-06-21 17:33:19+0800 [-] Starting factory <__main__.EchoClientFactory instance at 0x7f23f9a48680>
2016-06-21 17:33:19+0800 [-] Started to connect
2016-06-21 17:33:19+0800 [Uninitialized] Connected.
2016-06-21 17:33:19+0800 [Uninitialized] New connection IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', 8124)
2016-06-21 17:33:22+0800 [EchoClient,client] 验证通过
2016-06-21 17:33:27+0800 [EchoClient,client] [单聊][000001]:你好,这是单聊
2016-06-21 17:33:29+0800 [EchoClient,client] [群聊][000001]:你好,这是群聊
2016-06-21 17:33:31+0800 [EchoClient,client] [群聊][000002]:你好,这是群聊
2016-06-21 17:33:40+0800 [EchoClient,client] [群聊][000003]:你好,这是群聊
复制代码
复制代码
yudahai@yudahaiPC:tcpserver$ python frontClient.py 000003
2016-06-21 17:33:28+0800 [-] Log opened.
2016-06-21 17:33:28+0800 [-] Starting factory <__main__.EchoClientFactory instance at 0x7ff3067dc680>
2016-06-21 17:33:28+0800 [-] Started to connect
2016-06-21 17:33:28+0800 [Uninitialized] Connected.
2016-06-21 17:33:28+0800 [Uninitialized] New connection IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', 8124)
2016-06-21 17:33:31+0800 [EchoClient,client] 验证通过
2016-06-21 17:33:40+0800 [EchoClient,client] [群聊][000003]:你好,这是群聊
复制代码

这就是3个客户端的结果,是不是你期望的值?

再看看服务器端的调试结果。

复制代码
/usr/bin/python2.7 /home/yudahai/PycharmProjects/blog01/tcpserver/frontTCP.py
2016-06-21 17:23:01+0800 [-] Log opened.
2016-06-21 17:23:01+0800 [-] ChatFactory starting on 8124
2016-06-21 17:23:01+0800 [-] Starting factory <__main__.ChatFactory instance at 0x7f08b0ec8638>
2016-06-21 17:23:26+0800 [__main__.ChatFactory] New connection, the info is: IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', 59802)
2016-06-21 17:23:29+0800 [Chat,0,127.0.0.1] 欢迎, 000001!
2016-06-21 17:23:36+0800 [Chat,0,127.0.0.1] Phone_number:000003 不在线,不能聊天.
2016-06-21 17:23:37+0800 [Chat,0,127.0.0.1] Phone_number:000003 不在线,不能聊天.
2016-06-21 17:23:37+0800 [Chat,0,127.0.0.1] Phone_number:000002 不在线,不能聊天.
2016-06-21 17:33:17+0800 [__main__.ChatFactory] New connection, the info is: IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', 59926)
2016-06-21 17:33:19+0800 [__main__.ChatFactory] New connection, the info is: IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', 59928)
2016-06-21 17:33:20+0800 [Chat,1,127.0.0.1] 欢迎, 000001!
2016-06-21 17:33:22+0800 [Chat,2,127.0.0.1] 欢迎, 000002!
2016-06-21 17:33:28+0800 [Chat,1,127.0.0.1] Phone_number:000004 不在线,不能聊天.
2016-06-21 17:33:28+0800 [Chat,1,127.0.0.1] Phone_number:000004 不在线,不能聊天.
2016-06-21 17:33:28+0800 [__main__.ChatFactory] New connection, the info is: IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', 59930)
2016-06-21 17:33:30+0800 [Chat,2,127.0.0.1] Phone_number:000003 不在线,不能聊天.
2016-06-21 17:33:31+0800 [Chat,3,127.0.0.1] 欢迎, 000003!
复制代码

不在线的时候,都打印出来了。

其实整个例子还是比较简单的,但是很多地方还非常不完善,这个要在我们接下来的系列中,慢慢完善。

比如:如果一个客户端同时发送2个数据,上面的代码就只处理了一个,另外一个就丢弃掉了;还有,我们的程序考虑的是正常的上线、离线,如果客户端因为网络问题,突然断线,没有发生tcp结束的4次握手,服务器端是不知道的,这时候如何保证服务器端知道客户端在线不在线?还有,twisted如何异步访问数据库、redis、rabbitmq等,这个我们以后都会慢慢讲。



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