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WebSockets

WebSocket 是一种 标准协议，用于在客户端和服务端之间进行双向数据传输。WebSockets 协议没有运行在 HTTP 之上，它是基于 TCP 的一种独立实现。

为什么要用 WebSockets？

一个 WebSocket 连接允许在客户端和服务端之间进行全双工通讯，从而每一端都可以通过建立的连接向另一端推送数据。 WebSocket，以及与其相关的 服务端发送事件 (SSE) 及 WebRTC 数据通路 等技术之所以重要的原因是：HTTP不能打开并一直保持连接，不能在服务端和 Web 浏览器之间进行频繁的数据推送。在这之前，大多数的 Web 应用会通过频繁的异步 JavaScript 和 XML (AJAX) 请求来实现长轮循，如下图所示。

服务端推送相比长轮循效率更高且更具扩展性，因为 Web 浏览器不再需要通过一系列的 AJAX 请求来持续地获取更新。

虽然上图中所示的是服务端将数据推送给客户端，但是 WebSocket 是一个全双工的连接，因此客户端也能将数据推送给服务端，如下图所示。

用 WebSockets 来获取服务端/客户端推送的更新，这种方式适合特定类型的 Web 应用，例如聊天室，这也是它之所以经常被用作 WebSocket 库的示例应用的原因。

实现 WebSocket

Web 浏览器和服务端都必须要实现 WebSocket 协议，以便建立和维护连接。因为 WebSocket 的连接是持续连通的，不像经典的 HTTP 连接，因此服务器需要做更多工作。

基于多线程或多进程的服务器不能很好地提供 WebSockets 服务，因为它们的设计是：打开一个连接，尽快处理完请求，然后关闭连接。因此，采用 Tornado 或 打包了 gevent 的 Green Unicorn 等异步服务器，对于实现一个实用的服务端 WebSockets 都是必要的。

而在客户端，使用 WebSocket 并不要求有某个 JavaScript 库。实现了 WebSocket 的 Web 浏览器都会通过 WebSockets 对象 导出所有必要的客户端功能。

但是，JavaScript 封装库实现了优雅地降级（不支持 WebSocket 的情况下通常会采用长轮循机制），并隐藏了不同浏览器间的羞异，使用这些封闭库，会使开发者工作起来更加轻松。 有关 JavaScript 客户端库及 Python 实现的示例在下面列出。

JavaScript 客户端库

• Socket.io 的客户端 JavaScript 库能与实现了 WebSocket 的服务端进行连接。

• web-socket-js 是一个基于 Flash 的客户端 WebSocket 实现。

Python 实现

• Autobahn 使用 Twisted 或 asyncio 来实现 WebSocket 协议。

• Crossbar.io 构建于 Autobahn 之上，并且包含一个独立的服务器， 如果 Web 应用开发者需要的话，可以用它来对 WebSocket 连接进行单独处理。

Nginx WebSocket 代理

Nginx 从 第 1.3 版 开始就正式支持 WebSocket 代理了，通过配置 Upgrade 和 Connection 头可以确保请求通过 Nginx 并到达你的 WSGI 服务器。第一次设置可能会有一点难度。

下面是我的 WebSockets 代理的 Nginx 配置。

# this is where my WSGI server sits answering only on localhost
# usually this is Gunicorn monkey patched with gevent
upstream app_server_wsgiapp {
  server localhost:5000 fail_timeout=0;
}
 
server {
 
  # typical web server configuration goes here
 
  # this section is specific to the WebSockets proxying
  location /socket.io {
    proxy_pass http://app_server_wsgiapp/socket.io;
    proxy_redirect off;
 
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
 
    proxy_http_version 1.1;
    proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
    proxy_set_header Connection "upgrade";
    proxy_read_timeout 600;
  }
}

值得注意的是，如何上面的示例配置不能工作，你应该查看 官方的 HTTP 代理模块文档。

下面的这些资源对于正确的配置也很有帮助。

• Nginx 上有与 WebSocket 代理相关的官方页面。

• Nginx 中的 WebSockets 历数了 Nginx WebSockets 的配置指令。

• 用 Nginx 代理 WebSockets 展示了如何通过 Socket.io 进行代理。

使用 WebSockets 的开源 Python 示例

python-websockets-example 包含了创建一个简单 Web 应用的代码，它使用 Flash、Flask-SocketIO 和 gevent 来提供 WebSockets。

• Flask-SocketIO 项目中有一个 聊天室 Web 应用，演示了如何发送服务端生成的事件，以及如何通过表单的文本输入框来获取用户输入。

通用 WebSocket 资源

• 官方的 W3C WebSockets API 候选草案 和 WebSockets 工作草案 都是不错的参考材料，但是对于刚接触 WebSockets 概念的开发者来说会有点难度。我建议先看下面列出的一些对初学者来说较容易的资料，然后再读那份工作草案。

• 由 Armin Ronacher 写的 WebSockets 101 提供了一份有关 HTTP 代理对 WebSockets 低水平支持的详细评估报告。同时对 WebSockets 协议的复杂性及其实现也进行了探讨。

• "我能使用吗？" 网站上有一份 非常有用的 WebSockets 参照表，指出了哪些浏览器及其版本支持 WebSockets。

• Mozilla 的 WebSockets 开发者资源 是一个查找 WebSockets 开发相关文档与工具的好地方。

• 从零开始学 WebSockets 先对该协议进行了概述，然后对 WebSockets 的低层知识进行了讲解，这些知识对于只使用 Socket.IO 等库的开发人员来说通常是个黑盒子。

• websocketd 是一个 WebSockets 服务程序，意在成为 "WebSockets 的 CGI"。值得一看。

Python 相关的 WebSockets 资源

• 我在 2015 年 1月份的 San Francisco Python 上的演讲中提到了 "使用 WebSockets & gevent 实现异步 Python Web Apps"，它是一个实时编写的 Flask Web 示例应用，如我创建的应用所示，它可以让用户通过 Websockets 实现互动。

• Python 的实时操作 提供了 Python 相关的背景知识，叙述了在 Python 中过去是如何实现服务端更新推送的，以及随着 Python 工具的发展，现在是如何执行服务端更新的。

• websockets 是一个基于 Python 3.3+ 的 WebSockets 实现，它使用了 asyncio 模块 ( 如果你使用的是 Python 3.3 的话，是 Tulip )。

• 交互式的演示文稿 这篇教程在服务端通过 gevent 实现 WebSockets，并使用 socketio.js 将投票数从服务端推送x给客户端。

• 为 Django 应用增加实时功能 讲解了如何使用 Django 和 Crossbar.io 在应用中实现发布/订阅功能。

• 异步 Bottle 讲解了在 Bottle Web 框架中如何使用 greenlets 来支持 WebSockets。

• 如果你部署到 Heroku 的话, 这里的这篇 WebSockets 相关指南 能帮助你部署你的 Python 应用。

• Reddit 上的相关页面 有一些很有意思的评论，填补了我上面缺失的一点内容。

• 用 Python 和 Websockets 创建聊天室应用 展示了处理服务端 Websockets 连接的 Twisted 服务器代码及客户端的 JavaScript 代码。

• 使用 Websockets 实现 Flask 应用的客户端同步 这份简短的教程，讲解了如何使用 Flask、Flask-SocketIO 扩展和 Socket.IO 实现在各浏览器客户端间更新数据。

• WebSockets 能和 HTTP/2 共存吗？ 先对这两个协议进行了对比，然后阐述了它们之间的差异可能会导致 WebSockets 会被使用更长时间。

针对你的 Web 应用，接下来要做什么？

服务器上的什么程序会运行 Python 应用代码？

在服务器上如何安装 Python 库文件？

编写 Python 应用应该用什么编辑器？

想找到一个完整的，一步一步的部署方案吗？请看《The Full Stack Python Guide to Deployments》.

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