http://www.oschina.NET/translate/in_deep_with_django_channels_the_future_of_real_time_apps_in_django

今天，我们很高兴请到Jacob Kaplan-Moss。Jacob是来自Herokai，也是 Django的长期的核心代码贡献者，他将在这里分享一些他对某些特性的深入研究，他认为这些特性将重新定义框架未来。

当Django刚创建时，那是十多年前，网络还是一个不太复杂的地方。大部分的网页都是静态的。由数据库支撑的模型/视图/ 控制器架构的网络应用还是很新鲜的东西。Ajax刚刚开始被使用，只在较少的场景中。

到现在2016年，网络明显更加强大。过去的几年里已经看到了所谓的“实时”网络应用：在这类应用中客户端和服务器之间、点对点通信交互非常频繁。包含很多服务（又名微服务）的应用也变成是常态。新的web技术允许web应用程序走向十年前我们只敢在梦里想象的方向。这些核心技术之一就是WebSockets：一种新的提供全双工通信的协议——一个持久的，允许任何时间发送数据的客户端和服务器之间的连接。

在这个新的世界，Django显示出了它的老成。在其核心，Django是建立在请求和响应的简单概念之上的：浏览器发出请求，Django调用一个视图，它返回一个响应并发送回浏览器。

这在WebSockets中是行不通的 ！视图的生命周期只在一个请求当中，没有一种机制能打开一个连接不断的发送数据到客户端，而不发送相关请求。

因此：Django  Channels就应运而生了。Channels,简而言之,取代了Django中的“guts” ——请求/响应周期发送跨通道的消息。Channels允许Django以非常类似于传统HTTP的方式支持WebSockets。Channels也允许在运行Django的服务器上运行后台任务。HTTP请求表现以前一样,但也通过Channels进行路由。因此,在Channels 支持下Django现在看起来像这样:

如您所见，Django Channels引入了一些新的概念:

Channels基本上就是任务队列：消息被生产商推到通道，然后传递给监听通道的消费者之一。如果你使用Go语言中的渠道,这个概念应该相当熟悉。主要的区别在于，Django Channels通过网络工作，使生产者和消费者透明地运行在多台机器上。这个网络层称为通道层。通道设计时使用Redis作为其首选通道层，虽然也支持其他类型(和API来创建自定义通道层)。有很多整洁和微妙的技术细节，查阅文档可以看到完整的记录。

现在，通道作为一个独立的应用程序搭配使用Django 1.9使用。计划是将通道合并到Django1.10版本，今年夏天将会发布。

我认为Channels将是Django的一个非常重要的插件：它们将支撑Django顺利进入这个新的web开发的时代。虽然这些api还没有成为Django的一部分，他们将很快就会是！所以，现在是一个完美的时间开始学习Channels：你可以了解未来的Django。

开始实践：如何在Django中实现一个实时聊天应用

作为一个例子，我构建了一个简单的实时聊天应用程序——就像一个非常非常轻量级的Slack。有很多的房间,每个人都在同一个房间里可以聊天,彼此实时交互（使用WebSockets）。

你可以访问我在网络上部署的例子，看看在GitHub上的代码，或点击这个按钮来部署自己的。（这需要一个免费的Heroku账户，所以得要先注册）：

注意:你需要在点击上面的按钮后，启动工作进程。使用仪表盘或运行heroku ps:scale web=1:free worker=1:free。

如果你想深入了解这个应用程序是如何工作的——包括你为什么需要worker！——那么请继续读下去。我将会一步一步来构建这个应用程序，并突出关键位置和概念。

第一步——从Django开始

虽然在实现上有了很大差异，但是这仍旧是我们使用了十年的Django。所以第一步和其他任何Django应用是一样的（如果你是Django新手，你得看看如何在Heroku上开始使用Python和Django新手教程）。创建一个工程后，你可以定义模型来表示一个聊天室和其中的消息（chat/models.py）：

（在这一步中，包括后面的例子，我已经将代码最简化，希望能将焦点放到重点上，全部代码请看Gitbub。）

然后创建一个聊天室视图以及相应的urls.py和模板：

现在，我们已经已经有了一个可以运行的Django应用。如果你在标准的Django环境中运行它，你可以看到已经存在的聊天室和聊天记录，但是聊天室内无法进行交互操作。实时没有起作用，我们得做工作来处理 WebSockets。

接下来我们做什么

为了搞明白接下来后台需要做些什么，我们得先看下客户端的代码。你可以在 chat.js 中找到，其实也没做多少工作！首先，创建一个 websocket：

注意：

• 像HTTP和 HTTPS一样，WebSocket协议区分为安全和非安全两种，我们可以按照需要选择合适的.

• 因为Heroku的路由有60秒钟过期的问题。 我使用了 一个浏览器WebSocket小技巧 可以在socket断开时自动重连。 （感谢Kenneth Reitz，在他的 Flask WebSocket例子中指出了这一点）。

接下来，我们将加入一个回调函数，当表单提交时，我们就通过WebSocket发送数据（而不是 POST数据）：

我们可以通过WebSocket发送任何想要发送的数据。像众多的API一样， JSON 是最容易的，所以我们将要发送的数据打包成JSON格式。

最后，我们需要将回调函数与WebSocket上的新数据接收事件对接起来：

简单提示：从获取的信息中拉取数据，在会话的表上加上一行。如果现在就运行这个代码，他是无法运行的，现在还没有谁监听WebSocket连接呢，只是简单的HTTP。现在，让我们来连接WebSocket。

安装和创建 Channels

要将这个应用“通道化”，我们需要做三件事情：安装Channels，建立通道层，定义通道路由，修改我们的工程使其运行在Channels上（而不是WSGI）。

1. 安装Channels

要安装Channels，只需要执行pip install channels，然后将 "channels”添加到 INSTALLED_APPS配置项中。安装Channels后，允许Django以“通道模式”运行，使用上面描述的通道架构来完成请求/响应的循环。（为了向后兼容，你仍可以以 WSGI模式运行Django ，但是在这种模式下WebSockets和Channel的其他特性就不能工作了。）

2. 选择一个通道层

接下来，我们将定义一个通道层。这是Channels用来在消费者和生产者（消息发送者）之间传递消息的交换机制。 这是一种有特定属性的消息队列（详细信息请查看Channels文档）。

我们将使用redis作为我们的通道层：它是首选的生产型（可用于工程部署）通道层，是部署在Heroku上显而易见的选择。 当然也有一些驻留内存和基于数据的通道层，但是它们更适合于本地开发或者低流量情况下使用。 （更多细节，再次请查看 文档。）

但是首先：因为Redis通道层是在另外的包中实现的，我们需要运行pip安装 asgi_redis。（我将会在下面稍微介绍点“ASGI”。）然后我们在CHANNEL_LAYERS配置中定义通道层：

要注意的是我们把Redis的连接URL放到环境外面，以适应部署到Heroku的情况。

3. 通道路由

在通道层（CHANNEL_LAYERS），我们已经告诉 Channel去哪里找通道路由——chat.routing.channel_routing。通道路由很类似与URL路由的概念：URL路由将URL映射到视图函数；通道路由将通道映射到消费者函数。跟 urls.py类似，按照惯例通道路由应该在routing.py里。现在，我们创建一条空路由：

(我们将在后面看到好几条通道路由信息，当连接WebSocket的时候回用到。)

你会注意到我们的app里有urls.py和routing.py两个文件：我们使用同一个app处理HTTP请求和WebSockets。这是很典型的做法：Channels应用也是Django应用，所以你想用的所有Django的特性——视图，表单，模型等等——都可以在Channels应用里使用。

4. 运行

最后，我们需要替换掉Django的基于HTTP/WSGI的请求处理器，而是使用通道。它是一个基于新兴标准ASGI（异步服务器网关接口）的, 所以我们将在asgi.py文件里定义处理器：

(将来，Django会自动生成这个文件，就像现在自动生成wsgi.py文件一样。)

现在，如果一切顺利的话，我们应该能在通道上把这个app运行起来。Channels接口服务叫做Daphne，我们可以运行如下命令运行这个app：

** 如果现在访问http://localhost:8888/ 我们会看到……什么事情也没发生。这很让人困惑，直到你想起Channels将 Django分成了两部分：前台接口服务 Daphne，后台消息消费者。所以想要处理HTTP 请求，我们得运行一个worker：

现在请求应该能传递过去了。这说明了其中的机制很简洁：Channels 继续处理 HTTP(S)请求，但是是以一个完全不同的方式去处理，这与通过Django运行 Celery 没有太大的不同，那种情况下运行WSGI服务的同时也要运行Celery服务。不过现在，所有的任务——HTTP请求， WebSockets，后台服务都在worker中运行起来了.

（顺便说一句，我们仍然可以通过运行Python manage.py runserver命令来做本地测试。当这么做时， Channels只是在同一进程里运行起Daphne和一个worker。）

9. 这条线是使聊天功能能工作的关键。我们需要知道如何把消息发送回这个客户端。要做到这点，我们将使用消息的应答通道——每条消息都会有一个应答通道属性（reply_channelattribute），可以用来把消息发送回这个客户端。（我们不需要去自己创建这个通道；Channels已经创建好了。）

然而，只把消息发送到这一个通道还是远远不够的的；当一个用户聊天时，我们想把消息送给每一个连接到此聊天室的用户。要做到这点，我们使用一个通道组（channel group）。一个组是由多个通道连接而成，你可以用他来广播消息。所以，我们将这个消息的应答通道加入到这个聊天室的特殊通道组中。

10. 最后，后续的消息（接收/断开）不再包含这个URL（因为连接已经激活）。所以，我们需要一种方式来把一个WebSocket连接映射到哪个聊天室记录下来。要做到这点，我们可以使用一个通道会话。通道会话很像 Django的会话框架： 它们通过通道消息的属性message.channel_session把这些信息持久化下来。我们给一个消费者添加修饰属性 @channel_session，就可以让会话框架起效。 （文档见 通道会话如何工作的更多细节）。

现在一个客户端已经连接上来了，让我们看看ws_receive。WebSocket上每接收一条消息，这个消费者都会被调用：

（再一次说明，为了清晰起见，我把错误处理和日志都去掉了。）

最初的几行很简单：从 channel_session中解析出聊天室，在数据库中查找出来该聊天室，解析JSON消息，将消息作为Message对象存放在数据库中。然后，我们所要作的就是将这条消息广播给聊天室里所有的成员，为了做到这点我们可以使用和前面一样的通道组。Group.send()将会把这条信息发送到加入到本组的所有reply_channel。

然后， ws_disconnect就很简单了：

这里，在从channel session里查找到聊天室后，我们从聊天组里断开了reply_channel，就是这样！

$ heroku addons:create heroku-postgresql
$ heroku addons:create heroku-redis