Django ASGI服务

1. ASGI简介

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在Django中, ASGI(Asynchronous Server Gateway Interface)的引入使得Django应用能够支持异步编程.
从Django 3.0开始, Django就增加了对ASGI的支持, 但直到Django 3.1才正式推荐在生产环境中使用ASGI.
ASGI是一个用于Python的异步Web服务器的标准接口, 它允许你运行异步的Django应用.
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要启动Django的ASGI服务器, 通常需要使用一个支持ASGI的服务器, 如Daphne, Uvicorn或Hypercorn.
以下是使用Uvicorn作为ASGI服务器来启动Django应用的基本步骤:
* 1. 确保Django版本: 首先, 确保Django版本是3.1或更高, 因为这些版本才正式支持ASGI.
* 2. 设置ASGI应用: 在Django项目的settings.py文件中, 确保已经设置了ASGI_APPLICATION变量,
     它应该指向项目中的asgi.py文件中的application对象.
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# settings.py  

# awsi配置
ASGI_APPLICATION = 'MyDjango.asgi.application'
# 这里的'your_project'是Django项目的名称.
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* 3. 检查asgi.py: 在Django项目的根目录下, 有一个asgi.py文件.
     这个文件是Django自动生成的, 用于配置ASGI应用, 它通常看起来像这样:
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# asgi.py  
import os  
from django.core.asgi import get_asgi_application  

# 确保这个文件中的DJANGO_SETTINGS_MODULE环境变量正确设置为了项目设置模块.
os.environ.setdefault('DJANGO_SETTINGS_MODULE', 'MyDjango.settings')  
 
application = get_asgi_application()
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* 4. 安装ASGI服务器: 接下来, 需要安装一个ASGI服务器.
     以Uvicorn为例, 可以通过pip安装它: pip install uvicorn
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* 5. 启动ASGI服务器: 最后, 使用Uvicorn(或其他ASGI服务器)来启动你的Django应用.
     在命令行中, 运行命令: uvicorn MyDajngo.asgi:application --host 0.0.0.0 --port 8000 .
     这里的'MyDajngo'是的Django项目的名称,
     --host 0.0.0.0表示服务器将监听所有可用的网络接口, --port 8000指定了服务器将使用的端口号.
     注意: 在settings.py文件中设置了ASGI_APPLICATION, 是不支持直接通过快捷键启动的, 因为runserver是基于WSGI的.
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* 6. 访问应用: 现在, Django应用已经以异步方式在ASGI服务器上运行了.
     可以在浏览器中访问: http://127.0.0.1:8000 来查看应用.
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由于ASGI是异步的, 需要修改视图和其他代码来利用异步编程的优势.
Django的ORM本身并不支持异步操作, 因此如果需要在异步视图中进行数据库操作, 
可能需要使用支持异步的数据库客户端库, 如databases或aiopg.

此外, 虽然ASGI为Django应用带来了异步编程的可能性, 但它并不是必需的.
如果应用不需要异步特性, 仍然可以像往常一样使用WSGI服务器(如Gunicorn或uWSGI)来运行你的Django应用.
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Django的路由系统(URLs)和视图(Views)是以同步方式编写的, 即使使用ASGI来运行Django应用.
然而, 对于需要异步处理的功能, 如WebSocket连接和异步HTTP请求, 使用Django Channels是一个很好的解决方案.

2. Channels简介

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Channels是一个允许编写异步消费者(consumers)的框架, 这些消费者可以处理WebSocket连接, 异步HTTP请求等.
Channels建立在ASGI之上, 允许编写真正的异步代码, 而不会阻塞Django的事件循环.
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Channels提供了与Django路由系统相似的机制, 但它专注于异步操作.
在Channels中定义路由将不同的协议(如: HTTP, WebSocket)和路径映射到相应的异步消费者上.
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以下是如何在Django项目中设置Channels的基本步骤:
* 1. 安装 Channels: pip install channels .
* 2. 修改项目的settings.py.
     将channels添加到INSTALLED_APPS中.
     设置ASGI_APPLICATION指向ASGI配置文件.
     由于Channels的功能依赖于Redis数据库, 因此还需要在settings.py中设置Channels的功能配置.
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# settings.py
INSTALLED_APPS = [  
    ...  
    'channels',
]

# ASGI配置
ASGI_APPLICATION = 'MyDjango.routing.application'

# Channels配置
CHANNEL_LAYERS = {
    'default': {
        'BACKEND': 'channels_redis.core.RedisChannelLayer',
        'CONFIG': {
            "hosts": [('127.0.0.1', 6379)],  # Redis配置
        },
    },
}
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* 3. 执行数据迁移, 因为Channels需要使用Django内置的会话Session机制, 用于区分和识别每个用户的身份信息.
     执行: Python manage.py migrate .
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* 4. 在应用中定义Channels路由.
     在应用目录下创建一个routing.py文件, 并定义WebSocket路由.
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# routing.py
from channels.auth import AuthMiddlewareStack  # 身份验证中间件堆栈
from channels.routing import ProtocolTypeRouter  # 协议类型路由器
from channels.routing import URLRouter  # URL 路由器
from .urls import websocket_urlpatterns  # websocket URL 模式

# 创建一个协议类型路由器实例, 并为其配置路由规则
application = ProtocolTypeRouter({
    # WebSocket协议使用身份验证中间件堆栈和URL路由器来处理
    # 默认情况下, 对于HTTP请求, Django 会自动将其路由到相应的视图函数或类
    'websocket': AuthMiddlewareStack(
        URLRouter(
            # 使用websocket_urlpatterns中的URL模式来路由WebSocket请求
            websocket_urlpatterns
        )
    ),
})
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* 5. 设置WebSocket URL模式.
     在路由文件中定义WebSocket的URL模式.
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# MyDjango的urls.py
from django.urls import path, include
from .consumers import IndexConsumer

# 同步视图
urlpatterns = [
    path('', include(('index.urls', 'index'), namespace='index'))
]


# 异步视图
websocket_urlpatterns = [
    # 调用as_asgi()启动异步视图
    path('ws/index/', IndexConsumer.as_asgi()),
]
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* 6. 编写消费者.
     在应用目录下创建一个consumers.py文件, 并编写异步消费者.
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# index/consumers.py
from channels.generic.websocket import AsyncWebsocketConsumer
import json


class IndexConsumer(AsyncWebsocketConsumer):

    # 连接
    async def connect(self):
        print("一个客户端连接了服务器")
        await self.accept()  # 接受传入套接字

    # 断开
    async def disconnect(self, close_code):
        print("一个客户端断开了连接")
        pass

    # 收到, 接收从 WebSocket 发送的消息
    async def receive(self, text_data=None, bytes_data=None):
        text_data_json = json.loads(text_data)  # 反序列化文本数据
        message = text_data_json['message']  # 取出聊天信息
        print(message)

        # 发送消息到 WebSocket
        await self.send(text_data=json.dumps({  # 序列化聊天信息
            'message': message
        }))
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异步方法的调用机:
* connect()方法: 当WebSocket客户端尝试连接到服务器时, Channels会自动调用connect()方法.
  可以在这个方法中执行一些初始化操作, 比如验证客户端身份, 设置会话变量等, 并通过调用await self.accept()来接受连接.
* disconnect()方法: 当WebSocket连接关闭时, Channels会自动调用disconnect()方法.
  可以在这个方法中执行一些清理操作.
* receive()方法: 当WebSocket客户端发送消息到服务器时, Channels会自动调用receive()方法, 并将接收到的消息作为参数传递.
  需要在这个方法中处理接收到的消息, 并可能通过await self.send()或await self.send_json()等方法向客户端发送响应.

3. WebSocket介绍

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在Django Channels中, WebSocket并不是通过传统的HTTP请求来访问的, 
因此不能直接通过浏览器地址栏(如输入:http://localhost:8000/ws/my-endpoint/)来访问WebSocket端点.

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通讯的协议, 它允许服务器和客户端之间建立持久的连接, 并通过这个连接进行数据的双向传输.
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浏览器可以通过JavaScript的WebSocket API来建立与WebSocket服务器的连接.
这个API允许创建一个WebSocket对象, 并指定要连接的URL.
注意, 这个URL应该以: ws://(非加密)或wss://(加密)开头, 而不是 http://或https://.
然后, 可以使用这个对象来发送和接收数据.
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以下是一个简单的例子, 展示了如何在浏览器中使用JavaScript来连接WebSocket服务器:
* 1. 编写路由, 后续可以通过: 127.0.0.1:8000 , 触发index视图函数.
python 复制代码
# index/urls.pu
from django.urls import path
from .views import *

urlpatterns = [
    # 访问异步视图
    path('', index, name='index'),
]
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* 2. 编写视图函数.
     在视图函数中放回一个模板页码.
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* 3. 编写模板页面.
     在模块页面中编写js代码, 使用WebSocket API来建立与WebSocket服务器的连接.
html 复制代码
<!-- tempaltes的index.html -->
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>访问异步视图</title>
</head>
<body>
<p>访问: 异步视图...</p>
<script>
    // 生成一个WebSocket对象
    var chatSocket = new WebSocket('ws://' + window.location.host + '/ws/index/');

    // 监听连接打开事件
    chatSocket.onopen = function (event) {
        console.log('WebSocket连接成功');
        // 连接建立后发送消息
        chatSocket.send(JSON.stringify({
            'message': '你好!'
        }));
    };

    // 接收信息
    chatSocket.onmessage = function (e) {
        try {
            var data = JSON.parse(e.data);
            var message = data['message'];
            alert(message);
        } catch (error) {
            console.error('解析消息时出错:', error);
        }
    };

    // 处理连接关闭事件
    chatSocket.onclose = function (event) {
        if (event.wasClean) {
            console.log('WebSocket连接正常关闭');
        } else {
            console.error('WebSocket连接异常关闭');
        }
        console.log('关闭代码:', event.code, '关闭原因:', event.reason);
    };

    // 处理连接错误事件
    chatSocket.onerror = function (error) {
        console.error('WebSocket发生错误:', error);
    };
</script>
</body>
</html>
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* 4. 启动项目(因为在应用列表中注册了Channels, 所以支持直接启动), 访问: 127.0.0.1:8000 , 执行index视图函数.
     视图函数返回的页面会执行js代码先访问: ws://127.0.0.0:8000/ws/index/ , 执行异步视图.
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结论: 通过Django Channels, 可以编写异步的WebSocket消费者和其他类型的异步协议处理器, 从而充分利用ASGI的优势.
虽然Django的路由系统(URLs)和视图(Views)主要用于同步操作, 但Channels提供了与Django路由相似的机制, 专门用于异步操作.
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