Как создать чат-приложение на Python

Комната для чата — это интерфейс, который позволяет двум или более людям общаться в чате и отправлять сообщения всем, кто находится в комнате. Сегодня мы поговорим про то, как создать простое чат-приложение на Python и разрешить нескольким клиентам подключаться к нему с помощью сокетов.

Мы используем встроенный в Python сокет-модуль. Он дает возможность осуществлять операции с сокетами. Эти операции широко используются в Интернете: они стоят за любым подключением к любой сети.

Кроме того, для изменения цвета текста, нам понадобится пакет colorama. С помощью этого пакета мы сможем присвоить цвет каждому клиенту в нашем чате. Давайте установим этот модуль:

pip3 install colorama

Поскольку мы используем сокеты, нам нужен серверный и клиентский код. Давайте начнем с серверной части.

Серверная часть

В нашей архитектуре вся работа сервера заключается в выполнении двух основных операций:

  • Прослушивание клиентских подключений. Если подключается новый клиент, мы добавляем его в нашу коллекцию клиентских сокетов
  • Запуск нового потока для каждого подключенного клиента, прием сообщений, отправленных от клиента, и трансляция их всем другим пользователям.

Приведенный ниже код создает TCP-сокет и привязывает его к адресу сервера, а затем прослушивает поступающие соединения:

import socket
from threading import Thread

# server's IP address
SERVER_HOST = "0.0.0.0"
SERVER_PORT = 5002 # port we want to use
separator_token = "<SEP>" # we will use this to separate the client name & message

# initialize list/set of all connected client's sockets
client_sockets = set()
# create a TCP socket
s = socket.socket()
# make the port as reusable port
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# bind the socket to the address we specified
s.bind((SERVER_HOST, SERVER_PORT))
# listen for upcoming connections
s.listen(5)
print(f"[*] Listening as {SERVER_HOST}:{SERVER_PORT}")

Обратите внимание, что мы использовали 0.0.0.0 в качестве IP-адреса сервера. Это охватывает все адреса IPv4 на локальном компьютере. Вы можете задаться вопросом, почему мы просто не используем localhost или 127.0.0.1. У сервера может быть два IP адреса, допустим 192.168.1.2 в одной сети и 10.0.0.1 в другой. При указании адреса 0.0.0.0 сервер слушает обе сети.

python logo

Английский для программистов

Наш телеграм канал с тестами по английскому языку для программистов. Английский это часть карьеры программиста. Поэтому полезно заняться им уже сейчас

×

Мы еще не принимаем соединения, так как не вызывали метод accept(). Приведенный ниже код завершает наш бэкенд:

def listen_for_client(cs):
    """
    This function keep listening for a message from `cs` socket
    Whenever a message is received, broadcast it to all other connected clients
    """
    while True:
        try:
            # keep listening for a message from `cs` socket
            msg = cs.recv(1024).decode()
        except Exception as e:
            # client no longer connected
            # remove it from the set
            print(f"[!] Error: {e}")
            client_sockets.remove(cs)
        else:
            # if we received a message, replace the <SEP> 
            # token with ": " for nice printing
            msg = msg.replace(separator_token, ": ")
        # iterate over all connected sockets
        for client_socket in client_sockets:
            # and send the message
            client_socket.send(msg.encode())

while True:
    # we keep listening for new connections all the time
    client_socket, client_address = s.accept()
    print(f"[+] {client_address} connected.")
    # add the new connected client to connected sockets
    client_sockets.add(client_socket)
    # start a new thread that listens for each client's messages
    t = Thread(target=listen_for_client, args=(client_socket,))
    # make the thread daemon so it ends whenever the main thread ends
    t.daemon = True
    # start the thread
    t.start()

Как упоминалось ранее, мы добавляем подключенный клиентский сокет в коллекцию наших сокетов. Затем запускаем новый поток и устанавливаем его как поток демона (daemon thread), который выполняет определенную нами функцию listen_for_client(). При наличии клиентского сокета эта функция ожидает отправки сообщения с помощью метода recv() и затем отправляет это сообщение всем другим подключенным клиентам.

Наконец, давайте закроем все сокеты:

# close client sockets
for cs in client_sockets:
    cs.close()
# close server socket
s.close()

Хорошо, с серверным кодом покончено, теперь давайте углубимся в код клиентской части.

Клиентская часть

Клиент выполняет три основные операции:

  • Подключение к серверу
  • Прослушивание сообщений, поступающих с сервера и вывод их на консоль (чтобы от сервера поступило сообщение, клиент должен отправить его на сервер, а сервер — распространить)
  • Ожидание сообщений от пользователей для их дальнейшей отправки на сервер.

Ниже представлен код для первой операции:

import socket
import random
from threading import Thread
from datetime import datetime
from colorama import Fore, init, Back

# init colors
init()

# set the available colors
colors = [Fore.BLUE, Fore.CYAN, Fore.GREEN, Fore.LIGHTBLACK_EX, 
    Fore.LIGHTBLUE_EX, Fore.LIGHTCYAN_EX, Fore.LIGHTGREEN_EX, 
    Fore.LIGHTMAGENTA_EX, Fore.LIGHTRED_EX, Fore.LIGHTWHITE_EX, 
    Fore.LIGHTYELLOW_EX, Fore.MAGENTA, Fore.RED, Fore.WHITE, Fore.YELLOW
]

# choose a random color for the client
client_color = random.choice(colors)

# server's IP address
# if the server is not on this machine, 
# put the private (network) IP address (e.g 192.168.1.2)
SERVER_HOST = "127.0.0.1"
SERVER_PORT = 5002 # server's port
separator_token = "<SEP>" # we will use this to separate the client name & message

# initialize TCP socket
s = socket.socket()
print(f"[*] Connecting to {SERVER_HOST}:{SERVER_PORT}...")
# connect to the server
s.connect((SERVER_HOST, SERVER_PORT))
print("[+] Connected.")

Заодно мы устанавливаем цвет для каждого клиента (увидеть можно будет в выводе). Кроме того, давайте установим имя для каждого клиента, чтобы мы могли различать клиентов между собой:

# prompt the client for a name
name = input("Enter your name: ")

Отлично, двигаемся дальше! Приведенный ниже код отвечает за вторую операцию — прослушивание сообщений с сервера и вывод их на консоль:

def listen_for_messages():
    while True:
        message = s.recv(1024).decode()
        print("\n" + message)

# make a thread that listens for messages to this client & print them
t = Thread(target=listen_for_messages)
# make the thread daemon so it ends whenever the main thread ends
t.daemon = True
# start the thread
t.start()

Кроме того, мы хотим, чтобы прослушивание сообщений происходило в фоне, т.е. чтобы этот поток был потоком-демоном.

Переходим к последней операции — ожиданию сообщений от пользователей с последующей отправкой их на сервер. Сделаем это следующим образом:

while True:
    # input message we want to send to the server
    to_send =  input()
    # a way to exit the program
    if to_send.lower() == 'q':
        break
    # add the datetime, name & the color of the sender
    date_now = datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S') 
    to_send = f"{client_color}[{date_now}] {name}{separator_token}{to_send}{Fore.RESET}"
    # finally, send the message
    s.send(to_send.encode())

# close the socket
s.close()

Мы добавляем цвет для каждого клиента, его имя, а также текущую дату и время к отправляемому сообщению. Дальше мы отправляем сообщение с помощью метода send(). Для выхода из программы нужно будет ввести «q» в качестве сообщения.

Демонстрация функционала

Хорошо, теперь, когда мы закончили и серверную, и клиентскую часть, давайте проверим, как всё работает. Во-первых, давайте запустим один экземпляр сервера:

Круто, сервер мониторит предстоящие подключения клиентов, давайте попробуем запустить один экземпляр клиента:

Отлично! Первый клиент подключен к серверу и ему предлагается ввести имя пользователя. Теперь, чтобы убедиться, что он подключен, вернитесь к консоли сервера:

Обратите внимание, что сейчас мы используем адрес localhost (127.0.0.1), так как это одна и та же машина. Но если вы хотите подключиться с других машин в той же сети, вы также можете это сделать, просто измените SERVER_HOST в клиентской части кода с 127.0.0.1 на частный IP-адрес сервера.

Давайте запустим еще один клиент, чтобы они могли поболтать:

Удивительно! Как видите, сообщения клиентов отличаются цветом, что позволяет различать пользователей. Что ж, давайте запустим третьего клиента для развлечения:

Заключение

Отлично, теперь каждое сообщение, отправленное одним клиентом, отправляется всем остальным. Обратите внимание, что цвета меняются при каждом повторном выполнении сценария client.py.

Пожалуйста, сверьтесь с полным кодом, чтобы вы могли легко запустить чат-приложение самостоятельно!

Мы также советуем добавить больше возможностей в эту программу. Например, можно сделать оповещение для всех пользователей при подключении нового клиента!

Итак, сегодня мы поговорили о том, как создать чат-приложение на Python. Надеемся, данная статья была вам полезна!

Успехов в написании кода!

Перевод статьи «How to Make a Chat Application in Python».