Vue3.0+Tornado6.1发布订阅模式打造异步非阻塞实时=通信聊天系统 焦点播报
“表达欲”是人类成长史上的强大“源动力”，恩格斯早就直截了当地指出，处在蒙昧时代即低级阶段的人类，“以果实、坚果、根作为食物；音节清晰的语言的产生是这一时期的主要成就”。而在网络时代人们的表达欲往往更容易被满足，因为有聊天软件的存在。通常意义上，聊天大抵都基于两种形式：群聊和单聊。群聊或者群组聊天我们可以理解为聊天室，可以有人数上限，而单聊则可以认为是上限为2个人的特殊聊天室。
【资料图】
为了开发高质量的聊天系统，开发者应该具备客户机和服务器如何通信的基本知识。在聊天系统中，客户端可以是移动应用程序(C端)或web应用程序(B端)。客户端之间不直接通信。相反，每个客户端都连接到一个聊天服务，该服务支撑双方通信的功能。所以该服务在业务上必须支持的最基本功能：
1.能够实时接收来自其他客户端的信息。
2.能够将每条信息实时推送给收件人。
当客户端打算启动聊天时，它会使用一个或多个网络协议连接聊天服务。对于聊天服务，网络协议的选择至关重要，这里，我们选择Tornado框架内置Websocket协议的接口，简单而又方便，安装tornado6.1
pip3 install tornado==6.1随后编写程序启动文件main.py:
import tornado.httpserverimport tornado.websocketimport tornado.ioloopimport tornado.webimport redisimport threadingimport asyncio# 用户列表users = []# websocket协议class WB(tornado.websocket.WebSocketHandler):# 跨域支持def check_origin(self,origin):return True# 开启链接def open(self): users.append(self)# 接收消息def on_message(self,message):self.write_message(message["data"])# 断开def on_close(self):users.remove(self)# 建立torando实例app = tornado.web.Application([(r"/wb/",WB)],debug=True)if __name__ == "__main__":# 声明服务器http_server_1 = tornado.httpserver.HTTPServer(app)# 监听端口http_server_1.listen(8000)# 开启事件循环tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()如此，就在短时间搭建起了一套websocket协议服务，每一次有客户端发起websocket连接请求，我们都会将它添加到用户列表中，等待用户的推送或者接收信息的动作。
下面我们需要通过某种形式将消息的发送方和接收方联系起来，以达到“聊天”的目的，这里选择Redis的发布订阅模式(pubsub)，以一个demo来实例说明，server.py
import redisr = redis.Redis()r.publish(\"test\","hello")随后编写 client.py:
import redisr = redis.Redis()ps = r.pubsub()ps.subscribe("test") for item in ps.listen(): if item["type"] == "message": print(item["data"])可以这么理解：订阅者(listener)负责订阅频道(channel)；发送者(publisher)负责向频道(channel)发送二进制的字符串消息，然后频道收到消息时，推送给订阅者。
频道不仅可以联系发布者和订阅者，同时，也可以利用频道进行“消息隔离”，即不同频道的消息只会给订阅该频道的用户进行推送：
根据发布者订阅者逻辑，改写main.py:
import tornado.httpserverimport tornado.websocketimport tornado.ioloopimport tornado.webimport redisimport threadingimport asyncio# 用户列表users = []# 频道列表channels = [\"channel_1\",\"channel_2\"]# websocket协议class WB(tornado.websocket.WebSocketHandler):# 跨域支持def check_origin(self,origin):return True# 开启链接def open(self):users.append(self)# 接收消息def on_message(self,message):self.write_message(message["data"])# 断开def on_close(self):users.remove(self)# 基于redis监听发布者发布消息def redis_listener(loop):asyncio.set_event_loop(loop)async def listen(): r = redis.Redis(decode_responses=True)# 声明pubsb实例ps = r.pubsub()# 订阅聊天室频道ps.subscribe([\"channel_1\",\"channel_2\"])# 监听消息for message in ps.listen():print(message)# 遍历链接上的用户for user in users:print(user)if message[\"type\"] == \"message\" and message[\"channel\"] == user.get_cookie(\"channel\"):user.write_message(message[\"data\"])future = asyncio.gather(listen())loop.run_until_complete(future)# 接口 发布信息class Msg(tornado.web.RequestHandler):# 重写父类方法def set_default_headers(self):# 设置请求头信息print(\"开始设置\")# 域名信息self.set_header(\"Access-Control-Allow-Origin\",\"*\")# 请求信息self.set_header(\"Access-Control-Allow-Headers\",\"x-requested-with\")# 请求方式self.set_header(\"Access-Control-Allow-Methods\",\"POST,GET,PUT,DELETE\")# 发布信息async def post(self):data = self.get_argument(\"data\",None)channel = self.get_argument(\"channel\",\"channel_1\")print(data)# 发布r = redis.Redis()r.publish(channel,data)return self.write(\"ok\")# 建立torando实例app = tornado.web.Application([(r"/send/",Msg),(r"/wb/",WB)],debug=True)if __name__ == "__main__":loop = asyncio.new_event_loop()# 单线程启动订阅者服务threading.Thread(target=redis_listener,args=(loop,)).start()# 声明服务器http_server_1 = tornado.httpserver.HTTPServer(app)# 监听端口http_server_1.listen(8000)# 开启事件循环tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()这里假设默认有两个频道，逻辑是这样的：由前端控制websocket链接用户选择将消息发布到那个频道上，同时每个用户通过前端cookie的设置具备频道属性，当具备频道属性的用户对该频道发布了一条消息之后，所有其他具备该频道属性的用户通过redis进行订阅后主动推送刚刚发布的消息，而频道的推送只匹配订阅该频道的用户，达到消息隔离的目的。
需要注意的一点是，通过线程启动redis订阅服务时，需要将当前的loop实例传递给协程对象，否则在订阅方法内将会获取不到websocket实例，报这个错误：
IOLoop.current() doesn"t work in non-main这是因为Tornado底层基于事件循环ioloop，而同步框架模式的Django或者Flask则没有这个问题。
下面编写前端代码，这里我们使用时下最流行的vue3.0框架，编写chat.vue:
聊天窗口
{{ item }}
{{ item }}
发送 这里前端在线客户端定期向状态服务器发送心跳事件。如果服务端在特定时间内（例如x秒）从客户端接收到心跳事件，则认为用户处于联机状态。否则，它将处于脱机状态，脱机后在阈值时间内可以进行重新连接的动作。同时利用vant框架的标签页可以同步切换频道，切换后将频道标识写入cookie，便于后端服务识别后匹配推送。
效果是这样的：
诚然，功能业已实现，但是如果我们处在一个高并发场景之下呢？试想一下如果一个频道有10万人同时在线，每秒有100条新消息，那么后台tornado的websocket服务推送频率是100w*10/s = 1000w/s 。
这样的系统架构如果不做负载均衡的话，很难抗住压力，那么瓶颈在哪里呢？没错，就是数据库redis，这里我们需要异步redis库aioredis的帮助：
pip3 install aioredisaioredis通过协程异步操作redis读写，避免了io阻塞问题，使消息的发布和订阅操作非阻塞。
此时，可以新建一个异步订阅服务文件main_with_aioredis.py:
import asyncioimport aioredisfrom tornado import web, websocketfrom tornado.ioloop import IOLoopimport tornado.httpserverimport async_timeout之后主要的修改逻辑是，通过aioredis异步建立redis链接，并且异步订阅多个频道，随后通过原生协程的asyncio.create_task方法(也可以使用asyncio.ensure_future)注册订阅消费的异步任务reader:
async def setup(): r = await aioredis.from_url(\"redis://localhost\", decode_responses=True) pubsub = r.pubsub() print(pubsub) await pubsub.subscribe(\"channel_1\",\"channel_2\") #asyncio.ensure_future(reader(pubsub)) asyncio.create_task(reader(pubsub))在订阅消费方法中，异步监听所订阅频道中的发布信息，同时和之前的同步方法一样，比对用户的频道属性并且进行按频道推送：
async def reader(channel: aioredis.client.PubSub): while True: try: async with async_timeout.timeout(1): message = await channel.get_message(ignore_subscribe_messages=True) if message is not None: print(f\"(Reader) Message Received: {message}\") for user in users: if user.get_cookie(\"channel\") == message[\"channel\"]: user.write_message(message[\"data\"]) await asyncio.sleep(0.01) except asyncio.TimeoutError: pass最后，利用tornado事件循环IOLoop传递中执行回调方法，将setup方法加入到事件回调中：
if __name__ == "__main__": # 监听端口 application.listen(8000) loop = IOLoop.current() loop.add_callback(setup) loop.start()完整的异步消息发布、订阅、推送服务改造 main_aioredis.py:
import asyncioimport aioredisfrom tornado import web, websocketfrom tornado.ioloop import IOLoopimport tornado.httpserverimport async_timeoutusers = []# websocket协议class WB(tornado.websocket.WebSocketHandler): # 跨域支持 def check_origin(self,origin): return True # 开启链接 def open(self): users.append(self) # 接收消息 def on_message(self,message): self.write_message(message["data"]) # 断开 def on_close(self): users.remove(self)class Msg(web.RequestHandler): # 重写父类方法 def set_default_headers(self): # 设置请求头信息 print(\"开始设置\") # 域名信息 self.set_header(\"Access-Control-Allow-Origin\",\"*\") # 请求信息 self.set_header(\"Access-Control-Allow-Headers\",\"x-requested-with\") # 请求方式 self.set_header(\"Access-Control-Allow-Methods\",\"POST,GET,PUT,DELETE\") # 发布信息 async def post(self): data = self.get_argument(\"data\",None) channel = self.get_argument(\"channel\",\"channel_1\") print(data) # 发布 r = await aioredis.from_url(\"redis://localhost\", decode_responses=True) await r.publish(channel,data) return self.write(\"ok\")async def reader(channel: aioredis.client.PubSub): while True: try: async with async_timeout.timeout(1): message = await channel.get_message(ignore_subscribe_messages=True) if message is not None: print(f\"(Reader) Message Received: {message}\") for user in users: if user.get_cookie(\"channel\") == message[\"channel\"]: user.write_message(message[\"data\"]) await asyncio.sleep(0.01) except asyncio.TimeoutError: passasync def setup(): r = await aioredis.from_url(\"redis://localhost\", decode_responses=True) pubsub = r.pubsub() print(pubsub) await pubsub.subscribe(\"channel_1\",\"channel_2\") #asyncio.ensure_future(reader(pubsub)) asyncio.create_task(reader(pubsub))application = web.Application([ (r"/send/",Msg), (r"/wb/", WB),],debug=True) if __name__ == "__main__": # 监听端口 application.listen(8000) loop = IOLoop.current() loop.add_callback(setup) loop.start()从程序设计角度上讲，充分利用了协程的异步执行思想，更加地丝滑流畅。
结语：实践操作来看，Redis发布订阅模式，非常契合这种实时(websocket)通信聊天系统的场景，但是发布的消息如果没有对应的频道或者消费者，消息则会被丢弃，假如我们在生产环境在消费的时候，突然断网，导致其中一个订阅者挂掉了一段时间，那么当它重新连接上的时候，中间这一段时间产生的消息也将不会存在，所以如果想要保证系统的健壮性，还需要其他服务来设计高可用的实时存储方案，不过那就是另外一个故事了，最后奉上项目地址，与众乡亲同飨：https://github.com/zcxey2911/tornado_redis_vue3_chatroom