Django Channels

Django Channels 是一个为 Django 提供异步扩展的库,通常主要用来提供 WebSocket 支持和后台任务。

原理

它的原理是将 Django 分为 2 种进程类型:

  • 一个用于处理 HTTP 和 WebSocket 的协议服务
  • 一个用于运行视图、WebSocket handler 以及后台任务的 worker 服务

两者通过 ASGI 协议通信,类似与 WSGI 但是运行在网络层上,并且支持更多协议。

Django Channels 并没有引入 asyncid、gevent 或者其它异步库,所有业务逻辑都在同一个业务进程/线程中同步运行。

细节请阅读 Django Channels docs/concepts

前提

想要运行 Django Channels 首先需要一个 ASGI 服务器,比如 Daphne,使用 Django worker 服务器运行:./manage.py runworker,以及 ASGI 请求的通道服务,比如 Redis。

即使启用 channels,所有的 HTTP 请求依旧是默认经过 Django 视图系统,因此可以无缝迁移过来。

好处

  • 易用的支持数以千计客户端的 HTTP long-poll 支持
  • 类似 Django 原生的 WebSocket 的会话和验证支持
  • 自动根据 cookie 为 WebSocket 提供登录
  • 大量事件触发底层支持
  • 0 宕机部署支持
  • 特定 URL 的底层 HTTP 控制
  • 可扩展支持其它协议或者事件源(例如 WebRTC、UDP、SMS)
  • Django 的官方支持

基本概念

channel

Django Channels 的核心数据解构叫做 channel,它是一个有序的 FIFO 队列,支持信息过期,对于一个监听器至多投递一次。类似于任务队列──信息由 producer 投递至 channel,并设置一个 consumer 监听该 channel。

注意消息投递是至多一次,因此遇到应用崩溃等情况会导致消息丢失。

Django Channels 的理念和 Go 语言内置的 channel 概念类似,不同之处在于 Django Channels 是网络透明的,因此 producer 和 consumer 通信可以穿越不同机器。在同一个网络中,Django Channels 的频道是根据名称属性区分的,如果你向一个名为 http.request 的 channel 发送信息,都是发送向同一个 channel。而对于不同网络中则不一样,channel 是网络隔离的。

consumer

“consumer”(消费者)是 channels 架构中处理请求的部分,和 Django 有 view 函数和 ViewClass 一样,consumer 也支持类式写法。例如你要处理 WebSocket 请求,可以实现一个 WebsocketConsumer 的子类,并通过 route_class 函数将该 consumer 与 URL 连接起来。

consumer 函数

consumer 类

from channels.generic.websockets import WebsocketConsumer

class MyConsumer(WebsocketConsumer):
    http_user = True         # 设置为 ``True`` 将会自动从 HTTP cookie 中登录用户,因此可以省去 channel_session_user 的设置。
    strict_ordering = False  # 默认设置

    def connection_groups(self, **kw):
        """返回 group 列表,并自动将本连接插入其中活删除
        """
        return ['test']

    def connect(self, message, **kw):
        """连接开始
        """
        self.message.reply_channel.send({'accept': True})

    def receive(self, text=None, bytes=None, **kw):
        """接收到信息时调用的函数
        """
        self.send(text=text, bytes=bytes)  # 将信息原封不动地返回

    def disconnect(self, message, **kw):
        """断开连接时将会被调用
        """
        pass

JsonWebsocketConsumer

from channels.generic.websockets import JsonWebsocketConsumer

class MyConsumer(JsonWebsocketConsumer):
    """使用与 WebsocketConsumer 基本一致
    """
    def receive(self, content, **kwargs):
        """这里的 content 会是 JSON 解码后的 Python 对象
        """
        self.send(content)

    # JsonWebsocketConsumer 实际上在接收到信息后调用了下面的方法,你也可以重载它们来调用自己的 JSON 编、解码器
    # @classmethod
    # def decode_json(cls, text):
    #     return my_custom_json_decoder(text)
    #
    # @classmethod
    # def encode_json(cls, content):
    #     return my_custom_json_encoder(content)

多通道 WebSocket

channels 还支持多个数据复用同一个 WebSocket,只需要使用 Demultiplexer 来分流。

from channels.generic.websockets import WebsocketDemultiplexer, JsonWebsocketConsumer

class EchoConsumer(JsonWebsocketConsumer):
    def connect(self, message, multiplexer, **kwargs):
        # 通过 multiplexer 发送消息
        multiplexer.send({"status": "I just connected!"})

    def disconnect(self, message, multiplexer, **kwargs):
        print("Stream %s is closed" % multiplexer.stream)

    def receive(self, content, multiplexer, **kwargs):
        multiplexer.send({"original_message": content})  # 原封不动地返回消息

class AnotherConsumer(JsonWebsocketConsumer):
    def receive(self, content, multiplexer=None, **kwargs):
        # 你的实现
        pass

class Demultiplexer(WebsocketDemultiplexer):
    # Wire your JSON consumers here: {stream_name : consumer}
    consumers = {
        "echo": EchoConsumer,
        "other": AnotherConsumer,
    }

Group

会话和用户

如上面所提到的,你可以通过设置 consumer 类的 channel_session 或者 channel_session_user 属性来设置用户会话。也可以设置 http_user 使用 Django 的 Session 和 User。之后便可以获取 message 对象的 channel_sessionuser 属性了。

对于函数 consumer,则可以使用 channels.auth.channel_session_user 等装饰器达到相同效果:

from channels.routing import route
from channels import Group
from channels.auth import channel_session_user, channel_session_user_from_http

@channel_session_user_from_http
def connect(message):
    pass

@channel_session_user
def disconnect(message):
    pass

channel_routing = [
    route('websocket.connect', connect),
    route('websocket.disconnect', disconnect),
]

backend

backend 是为 Django Channels 提供 channel 异步通信的后端,推荐使用 Redis 作为 backend。

根据 backend 的不同,channels 的行为可能会有所不同,比如 asgi_ipc.IPCChannelLayer 作为 backend 部署起来更简单,但是并不支持网络间通信。asgi_redis.RedisChannelLayer 虽然支持网络间通信,但是需要额外的 Redis 服务器支持。

Django Channels 支持 Redis、IPC 以及内存间通信,开发者可以根据应用场景和部署环境灵活选择 backend。

部署

设置 backend

需要在 Django 的 settings 里定义 CHANNEL_LAYERS

CHANNEL_LAYERS = {
    "default": {
        "BACKEND": "asgi_redis.RedisChannelLayer",      # 使用 asgi_redis 作为 backend
        "ROUTING": "my_project.routing.channel_routing",   # 指定路由文件
        "CONFIG": {
            "hosts": [("localhost", 6379)],             # 设置 Redis 的地址和端口
        },
    },
}

运行 worker 服务器

前面也提到了,Django Channels 将服务器解耦为协议服务器和 worker 服务器,因此也推荐单独部署 worker 服务器:python manage.py runworker

如果有需要,你甚至可以将不同的 channel 分别部署,Django Channels 支持 --only-channels--exclude-channels 用于过滤:

python manage.py runworker --only-channels=http.* --only-channels=websocket.*
python manage.py runworker --exclude-channels=thumbnail

运行接口服务器

由于 Django Channels 实现的是 ASGI 协议而不是 WSGI,因此你需要使用 ASGI 服务器来运行 channels 应用,例如 Daphne。使用 Daphne 还有一个好处就是,它会自动区分 HTTP 请求和 WebSocket 请求,因此并不需要分别启动两个服务器。

和 WSGI 应用部署类似,部署 ASGI 应用也需要首先指定 ASGI 应用本身,我们可以仿照 Django wsgi.py 的写法创建一个这样的 asgi.py 文件:

# coding: utf-8

import os
from channels.asgi import get_channel_layer

os.environ.setdefault("DJANGO_SETTINGS_MODULE", "my_project.settings")

channel_layer = get_channel_layer()

然后运行 Daphne:daphne my_project.asgi:channel_layer

更新代码

更新代码后需要重启服务器,只要新代码兼容旧代码的会话。默认情况下,重启服务器意味着向服务器发送 SIGTERM 信号,服务器会在运行中的 consumer 执行完成以后重启并加载新代码。

同时运行 ASGI 和 WSGI

对于较大的项目,一个 ASGI 服务器 + 少许 worker 进程可能并不够用,这时推荐将 ASGI 和 WSGI 分离部署,更容易横向扩展。

测试 consumer

Django Channels 提供了一系列用于测试 channels consumer 的类,和 Python unittest 库兼容,详情见上链接。

Kane Blueriver all right reserved,powered by Gitbook最近修改时间: 2018-05-21 17:28:09

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