实战 | 使用 Python 开发一个在线聊天室
在线聊天室在如今的互联网是一个很常见的产品，在各类电商的网页客服中，我们都可以接触到在线聊天。还有一个培训机构，你一打开他的网页，立马就弹出一个在线聊天框，防不胜防。
今天州的先生给大家带了一个后端 Python + 前端 Vue 的小项目教程。
这个教程分为上中下三篇，其中：
- 上篇使用 Django 传统的 MTV 模式进行开发，实现一个在线聊天室的功能。
- 中篇在上篇基础上加入数据存储，实现聊天记录的保存。
- 下篇则采用后端 Django + 前端 Vue 对传统的 Web 模开发式进行改造。
非常适合学了 Django 之后写项目无从下手的朋友们。
本篇为上篇，我们将使用 Django 的传统开发模式，借助视图和模板完成一个在线聊天室应用的开发。
最终效果如下所示：
直接开干吧！
创建虚拟环境
为了不与计算机上现有的 Python 模块冲突，我们新起一个 Python 虚拟环境：
python -m venv django3_env
进入虚拟环境，然后激活它。
安装依赖库
后端我们使用的是 Django3 框架（在本文编写时，Django 的最新版本为 3.2，所以我们不需要指定它的版本）：
pip install django
还有一个重要的依赖库——Channels。
Channels 封装了 Django 的原生异步视图支持，让 Django 项目不仅可以处理 HTTP，还可以处理需要长时间连接的协议，比如：WebSockets、MQTT、聊天机器人、业余无线电等等。
简而言之，就是为 Django 提供了异步和非 HTTP 处理的能力。
pip install channels
因为 Channels 中的一个功能需要使用到 Redis 作为数据通道和缓存，所以我们得安装 Redis 以及其 Python 相关的包。
而 Redis 在 Windows 上没有官方的支持，所以在这里，州的先生使用一个 Redis 的替代品 Memurai 来当 Redis 使用：
安装完成后即会作为 Windows 的服务在后台启动。
然后安装 Channels 的 Redis 配套库：
pip install channels_redis
创建项目
安装好所有的依赖项之后，我们开始创建 Django 项目：
django-admin startproject chat_backend
然后进入 chat_backend 目录，创建一个应用：
python manage.py startapp chat
配置项目
接着我们进行必要的配置，下述操作在 settings.py 文件中进行。
添加 channels、chat 应用到 Django 项目的应用列表：
INSTALLED_APPS = [
'django.contrib.admin',
'django.contrib.auth',
'django.contrib.contenttypes',
'django.contrib.sessions',
'django.contrib.messages',
'django.contrib.staticfiles',
'channels',
'chat',
]
在项目根目录下新建名为templates的文件夹，然后定义 HTML 模板路径：
TEMPLATES = [
{
'BACKEND': 'django.template.backends.django.DjangoTemplates',
'DIRS': [
BASE_DIR / 'templates'
],
'APP_DIRS': True,
'OPTIONS': {
'context_processors': [
'django.template.context_processors.debug',
'django.template.context_processors.request',
'django.contrib.auth.context_processors.auth',
'django.contrib.messages.context_processors.messages',
],
},
},
]然后指定 asgi 应用：
ASGI_APPLICATION = "chat_backend.asgi.application"
最后，指定 Channels 使用的数据通道后端，在这里我们使用的是 Redis：
CHANNEL_LAYERS = {
'default': {
'BACKEND': 'channels_redis.core.RedisChannelLayer',
'CONFIG': {
"hosts": [('127.0.0.1', 6379)],
},
},
}其中主机地址和端口号填写 Redis 启动后显示的默认值。
创建视图
在这个「在线聊天室」里面，一共有两个页面。一个是首页，用于输入房间号和用户名；另一个则是聊天房间的页面，用于进行聊天。
我们在 chat 应用的 views.py 下新建两个视图函数：
# 首页
def index(request):
return render(request,'index.html',locals())
# 聊天室
def room(request,room_name):
room_name = room_name
username = request.GET.get('username', '游客')
return render(request,'room.html',locals())其中，视图函数index()返回 index.html，视图函数room()返回 room.html，这两个 HTML 文件需要我们在templates文件夹中进行创建。
定义路由
视图函数创建好之后，我们为其绑定路由，在 chat 应用下新建一个名为urls.py的文件，在其中写入如下内容：
from django.urls import path
from chat.views import *
# HTTP URL
urlpatterns = [
path('',index,name="index"),
path('<str:room_name>/',room,name="room")
]然后在 chat_backend 文件夹下的 urls.py 文件内引入 chat 应用的 url 配置：
urlpatterns = [
path('admin/', admin.site.urls),
path('', include('chat.urls')),
]至此，「在线聊天室」这个项目的 HTTP 部分已经完成了开发。
访问首页，会显示如下图所示的页面：
我们可以输入房间号和用户名进入房间，进入房间后的页面如下图所示：
但是现在我们还不能进行在线聊天，因为在线聊天最核心的部分——WebSocket后端，我们还没有编写。
编写 WebSocket 后端
WebSocket 是一个长连接的双向通信协议。通过 WebSocket 我们可以在客户端和服务器端之间建立实时的通信，而不是像 HTTP 那样，只有客户端发起，服务器端才会响应。
在这里，我们借助 Channels 在 Django 中实现 WebSocket。
首先，在 chat 应用下新建一个名为consumers.py的文件（意为消费者，是 Channels 中的一个重要概念），在其中，我们引入 WebSocket 类：
from channels.generic.websocket import AsyncWebsocketConsumer
然后继承这个类，新建一个名为ChatConsumer的类，并在其中重写 WebSocket 的连接、关闭连接、消息接收等方法，代码如下所示：
class ChatConsumer(AsyncWebsocketConsumer):
# 连接
async def connect(self):
self.room_name = self.scope['url_route']['kwargs']['room_name']
self.room_group_name = 'chat_%s' % self.room_name
# 加入聊天室
await self.channel_layer.group_add(
self.room_group_name,
self.channel_name
)
await self.accept()
# 关闭连接
async def disconnect(self, close_code):
await self.channel_layer.group_discard(
self.room_group_name,
self.channel_name
)
#
async def receive(self, text_data=None, bytes_data=None):
data = json.loads(text_data)
message = data['message']
username = data['username']
# Send message to room group
await self.channel_layer.group_send(
self.room_group_name,
{
'type': 'chat_message',
'message': message,
'username': username
}
)
# 接收消息
async def chat_message(self, event):
message = event['message']
username = event['username']
# 发送消息到 Websocket
await self.send(text_data=json.dumps({
'message': message,
'username': username
}))最后，我们在 asgi 中重新声明路由。打开 chat_backend 目录下的 asgi.py 文件，将内容修改为如下所示：
import os
from django.core.asgi import get_asgi_application
from django.urls import path
from channels.auth import AuthMiddlewareStack
from channels.routing import ProtocolTypeRouter, URLRouter
from chat.consumers import ChatConsumer
os.environ.setdefault('DJANGO_SETTINGS_MODULE', 'chat_backend.settings')
application = ProtocolTypeRouter({
"http": get_asgi_application(),
"websocket": AuthMiddlewareStack(
URLRouter([
path("ws/<str:room_name>/",ChatConsumer.as_asgi()),
])
)
})如上代码所示，HTTP 通过 get_asgi_application 以传统的 HTTP 路由进行处理，而 WebSocket 则通过 Channels 的 URLRouter 进行处理。这样我们的项目启动之后就可以同时支持 HTTP 访问和 WebSocket 访问。
前端连接 WebSocket
后端提供了 WebSocket 服务，前端需要进行连接和处理才行。
来看看前端的处理过程。
首先，通过 new 一个 WebSocket对象，来创建 WebSocket连接：
// 建立一个 websocket 连接
const chatSocket = new WebSocket(
'ws://' + window.location.host + '/ws/' + roomName + '/'
);然后编写 WebSocket 各类事件的回调函数：
// websocket连接关闭后的回调函数
chatSocket.onclose = function(e) {
console.error('The socket closed unexpectedly');
};
// websocket连接从服务器收到消息的回调函数
chatSocket.onmessage = function(e) {
const data = JSON.parse(e.data);
if (data.message) {
if(data.username == userName){
document.querySelector('#chat-record').innerHTML += ('<div class="right_msg">' + data.username + '<div class="right-record"><span>' + data.message + '</span></div></div><br>');
}else{
document.querySelector('#chat-record').innerHTML += ('<div class="left_msg">' + data.username + '<div class="left-record"><span>' + data.message + '</span></div></div><br>');
}
} else {
alert('消息为空！')
}
};这样前端就完成了对后端 WebSocket 的连接和消息接收。
最后
运行项目，我们就可以在网页上进行实时在线聊天了。
当然，现在这个项目还有很多问题，比如：
- 聊天记录不会保存，刷新页面之后聊天记录就会消失。
- 没有用户认证和鉴权，谁都能输入房间号和用户名进入聊天室。
接下来，让我们继续完善这个「在线聊天室」，敬请期待！
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