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)

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()

　　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：

# 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()

　　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。

# 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 = ['', '', '', '']
    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()

　　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。

yudahai@yudahaiPC:tcpserver$ python frontClient.py
-- ::+ [-] Log opened.
-- ::+ [-] Starting factory <__main__.EchoClientFactory instance at 0x7fa325b41680>
-- ::+ [-] Started to connect
-- ::+ [Uninitialized] Connected.
-- ::+ [Uninitialized] New connection IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', )
-- ::+ [EchoClient,client] 验证通过
-- ::+ [EchoClient,client] [群聊][]:你好,这是群聊
-- ::+ [EchoClient,client] [单聊][]:你好,这是单聊
-- ::+ [EchoClient,client] [组聊][]:你好,这是组聊
-- ::+ [EchoClient,client] [群聊][]:你好,这是群聊
-- ::+ [EchoClient,client] [单聊][]:你好,这是单聊
-- ::+ [EchoClient,client] [组聊][]:你好,这是组聊
-- ::+ [EchoClient,client] [群聊][]:你好,这是群聊

yudahai@yudahaiPC:tcpserver$ python frontClient.py
-- ::+ [-] Log opened.
-- ::+ [-] Starting factory <__main__.EchoClientFactory instance at 0x7f23f9a48680>
-- ::+ [-] Started to connect
-- ::+ [Uninitialized] Connected.
-- ::+ [Uninitialized] New connection IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', )
-- ::+ [EchoClient,client] 验证通过
-- ::+ [EchoClient,client] [单聊][]:你好,这是单聊
-- ::+ [EchoClient,client] [群聊][]:你好,这是群聊
-- ::+ [EchoClient,client] [群聊][]:你好,这是群聊
-- ::+ [EchoClient,client] [群聊][]:你好,这是群聊

yudahai@yudahaiPC:tcpserver$ python frontClient.py
-- ::+ [-] Log opened.
-- ::+ [-] Starting factory <__main__.EchoClientFactory instance at 0x7ff3067dc680>
-- ::+ [-] Started to connect
-- ::+ [Uninitialized] Connected.
-- ::+ [Uninitialized] New connection IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', )
-- ::+ [EchoClient,client] 验证通过
-- ::+ [EchoClient,client] [群聊][]:你好,这是群聊

　　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。

/usr/bin/python2. /home/yudahai/PycharmProjects/blog01/tcpserver/frontTCP.py
-- ::+ [-] Log opened.
-- ::+ [-] ChatFactory starting on
-- ::+ [-] Starting factory <__main__.ChatFactory instance at 0x7f08b0ec8638>
-- ::+ [__main__.ChatFactory] New connection, the info is: IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', )
-- ::+ [Chat,,127.0.0.1] 欢迎, !
-- ::+ [Chat,,127.0.0.1] Phone_number: 不在线,不能聊天.
-- ::+ [Chat,,127.0.0.1] Phone_number: 不在线,不能聊天.
-- ::+ [Chat,,127.0.0.1] Phone_number: 不在线,不能聊天.
-- ::+ [__main__.ChatFactory] New connection, the info is: IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', )
-- ::+ [__main__.ChatFactory] New connection, the info is: IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', )
-- ::+ [Chat,,127.0.0.1] 欢迎, !
-- ::+ [Chat,,127.0.0.1] 欢迎, !
-- ::+ [Chat,,127.0.0.1] Phone_number: 不在线,不能聊天.
-- ::+ [Chat,,127.0.0.1] Phone_number: 不在线,不能聊天.
-- ::+ [__main__.ChatFactory] New connection, the info is: IPv4Address(TCP, '127.0.0.1', )
-- ::+ [Chat,,127.0.0.1] Phone_number: 不在线,不能聊天.
-- ::+ [Chat,,127.0.0.1] 欢迎, !

　　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。