Django WebSocket 前後端即時通訊

全部步驟總結

安裝必要的套件：
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pip install channels channels_redis
- channels：使 Django 支持 WebSocket。
- channels_redis：用來實現 Channel Layer，讓不同的 WebSocket 連接能夠進行通訊。

設定 Django 專案：

在 settings.py 中添加 Channels 和 Channel Layer 配置：

INSTALLED_APPS = [
    # 其他已安裝的應用
    'channels',
    'chat',  # 你的 WebSocket 應用
]

ASGI_APPLICATION = 'classify.asgi.application'

CHANNEL_LAYERS = {
    'default': {
        'BACKEND': 'channels_redis.core.RedisChannelLayer',
        'CONFIG': {
            "hosts": [('127.0.0.1', 6379)],  # Redis 默認地址和端口
        },
    },
}

創建 asgi.py 文件：
在 classify 專案目錄下，確保 asgi.py 設定為：

import os
from django.core.asgi import get_asgi_application
from channels.routing import ProtocolTypeRouter, URLRouter
from channels.auth import AuthMiddlewareStack
from chat import routing

os.environ.setdefault('DJANGO_SETTINGS_MODULE', 'classify.settings')

application = ProtocolTypeRouter({
    "http": get_asgi_application(),
    "websocket": AuthMiddlewareStack(
        URLRouter(
            routing.websocket_urlpatterns
        )
    ),
})

創建 chat/routing.py 文件：
設置 WebSocket 路由：

from django.urls import path
from . import consumers

websocket_urlpatterns = [
    path('ws/chat/', consumers.ChatConsumer.as_asgi()),
]

**編寫 chat/consumers.py**：
設計 WebSocket Consumer，可以通過 Channel Layer 發送消息：

import json
from channels.generic.websocket import AsyncWebsocketConsumer
from channels.layers import get_channel_layer
from asgiref.sync import async_to_sync

    class ChatConsumer(AsyncWebsocketConsumer):
        async def connect(self):
            self.room_name = "chat_room"
            self.room_group_name = f"chat_{self.room_name}"

            await self.channel_layer.group_add(
                self.room_group_name,
                self.channel_name
            )
            await self.accept()

        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):
            text_data_json = json.loads(text_data)
            message = text_data_json['message']

            await self.channel_layer.group_send(
                self.room_group_name,
                {
                    'type': 'chat_message',
                    'message': message
                }
            )

        async def chat_message(self, event):
            message = event['message']
            await self.send(text_data=json.dumps({
                'message': message
            }))

        @staticmethod
        def send_to_frontend(message):
            channel_layer = get_channel_layer()
            async_to_sync(channel_layer.group_send)(
                "chat_chat_room",
                {
                    'type': 'chat_message',
                    'message': message
                }
            )
    ```

創建自定義 Django 命令：
在 chat/management/commands/send_message.py 中添加：

from django.core.management.base import BaseCommand
from chat.consumers import ChatConsumer

class Command(BaseCommand):
    help = 'Send a WebSocket message from backend'

    def handle(self, *args, **kwargs):
        message = "這是從後端通過 command 發送的 WebSocket 訊息"
        ChatConsumer.send_to_frontend(message)
        self.stdout.write(self.style.SUCCESS('Message sent successfully'))

運行 Django 項目：
確保 Redis 在運行，然後啟動 Django：
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python3 manage.py runserver
從命令行發送訊息：
使用自定義命令從後端發送訊息：
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python3 manage.py send_message

程式執行順序步驟

1. 用戶端建立 WebSocket 連接

當用戶開啟瀏覽器並連接到你的 WebSocket 路徑 /ws/chat/ 時，會觸發 ChatConsumer 的 connect() 方法：

步驟：
1. 用戶端（例如瀏覽器）使用 JavaScript 建立 WebSocket 連接。
2. Django Channels 會啟動 ChatConsumer 的 connect() 方法。
3. 用戶端被加入到 chat_chat_room 群組，這是透過 self.channel_layer.group_add() 方法實現的。
4. 連接成功後，await self.accept() 允許 WebSocket 連接繼續。
Redis 的角色：
- Redis 會存儲群組 chat_chat_room 的資訊，記錄有哪些 WebSocket 連接屬於這個群組。

2. 從後端發送訊息

當你運行以下命令時，將觸發後端發送訊息：

1	python3 manage.py send_message

步驟：
1. Django 運行 send_message 命令，調用 ChatConsumer.send_to_frontend() 方法。
2. send_to_frontend() 使用 get_channel_layer() 取得 Channels Layer，並調用 async_to_sync(channel_layer.group_send(...)) 發送訊息到 chat_chat_room。
3. 這個訊息會被放入 Redis，由 Redis 處理接下來的訊息分發。

3. 消費者接收訊息

每一個屬於 chat_chat_room 群組的 WebSocket 連接，都會收到這條訊息，並觸發 ChatConsumer 中的 chat_message() 方法：

步驟：
1. chat_message() 方法會被觸發，接收來自 Redis 的訊息。
2. 它將訊息轉換為 JSON 格式，然後通過 await self.send(...) 發送給 WebSocket 連接的用戶端。

4. 用戶端顯示訊息

前端的 JavaScript 監聽 onmessage 事件，並顯示從後端接收到的訊息：

步驟：
1. 用戶端的 WebSocket 連接收到來自伺服器的訊息。
2. onmessage 事件被觸發，並執行對應的 JavaScript 函數來處理這條訊息，例如在控制台打印出來或顯示在網頁上。

整體流程總結

建立連接：用戶端連接到 /ws/chat/，被加入到 chat_chat_room 群組，Redis 記錄連接資訊。
後端發送訊息：你運行 send_message 命令，後端通過 Channels Layer 和 Redis 將訊息傳給 chat_chat_room。
訊息分發：Redis 處理訊息分發，確保所有屬於 chat_chat_room 的 WebSocket 連接都收到這條訊息。
前端接收並顯示：用戶端接收到訊息，觸發 JavaScript 的 onmessage 事件，並在頁面上顯示內容。

Redis 的功能

作為 Channel Layer 的後端：Redis 被用來存儲和傳遞 WebSocket 訊息。當 Django 需要向某個群組或某個連接發送訊息時，Channels 會把訊息放入 Redis，然後由其他連接取出並傳遞給相應的 WebSocket。
訊息中繼：Redis 可以在多個 Django 節點之間中繼訊息，這使得即使在高負載或多伺服器環境下，WebSocket 仍然能穩定運作。

Channel Layer 的功能

實現群組通信：讓不同的 WebSocket 連接（甚至不同伺服器上的連接）可以被分組。通過 group_add() 和 group_send() 來把訊息發送到特定的群組，使得多人可以即時收到更新。
跨進程通信：Channel Layer 可以在不同進程間傳遞訊息，允許伺服器間或與背景任務間的即時溝通。