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明天我就用 Python 实现一个简略的迷你元宇宙。
代码简洁易懂，不仅能够学习 Python 常识，还能用实际了解元宇宙的概念。
还等什么，当初就开始吧！
迷你元宇宙
什么是元宇宙？
不同的人有不同的了解和意识，最能达成共识的是：
元宇宙是个接入点，每个人都能够成为其中的一个元素，彼此互动。
那么咱们的元宇宙有哪些性能呢？
首先必须有能够接入的性能。
而后彼此之间能够交流信息。比方 a 发消息给 b，b 能够发消息给 a，同时能够将音讯播送进来，也就是成员之间，能够私信 和 群聊。
另外，在元宇宙的成员能够收到元宇宙的动静，比方新人退出，或者有人来到等，如果玩腻了，能够来到元宇宙。
最终的成果像这样：
成果
设计
如何构建接入点
间接思考可能比拟艰难，换个角度想，接入点其实就是 —— 服务器。
只有是上网，每时每刻，咱们都是同服务器打交的。
那就抉择最简略的 TCP 服务器，TCP 服务器的外围是保护套接字（socket）的状态，向其中发送或者获取信息。
python 的 socket 库，提供了很多无关便捷办法，能够帮忙咱们构建。
外围代码如下：
| import socket | |
| socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) | |
| socket.bind((ip, port)) | |
| socket.listen() | |
| data = socket.recv(1024) | |
| ... |
创立一个 socket，让其监听机器所领有的一个 ip 和 端口，而后从 socket 中读取发送过去的数据。
如何构建客户端
客户端是为了不便用户链接到元宇宙的工具，这里，就是能链接到服务器的工具，服务器是 TCP 服务器，客户端天然须要用能够链接 TCP 服务器的形式。
python 也已为咱们备好，几行代码就能够搞定，外围代码如下：
| import socket | |
| client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) | |
| client.connect((ip, port)) | |
| data = client.recv(1024) | |
| ... |
代码与服务器很像，不过来链接一个服务器的 ip 和 端口。
如何构建业务逻辑
首先须要让服务器将接入的用户治理起来。
而后当接管到用户音讯时做出判断，是转发给其余用户，播送还是做出回应。
这样就须要结构一种音讯格局，用来示意用户音讯的类型或者目标。
咱们就用 @username 的格局来辨别，音讯发给非凡用户还是群发。
另外，为了实现注册性能，须要再定义一种命令格局，用于设置 username，咱们能够用 name:username 的格局作为设置用户名的命令。
构建
有了初步设计，就能够进一步构建咱们的代码了。
服务端
服务器须要同时响应多个链接，其中包含新链接创立，音讯 和 链接断开 等。
为了不让服务器阻塞，咱们采纳非阻塞的链接，当链接接入时，将链接存储起来，而后用 select 工具，期待有了音讯的链接。
这个性能，曾经有人实现好了 simpletcp[1]，只有稍作改变就好。
将其中的收到音讯，建设链接，敞开链接做成回调办法，以便再内部编写业务逻辑。
外围业务
这里阐明一下外围代码：
| # 创立一个服务器链接 | |
| self._socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) | |
| self._socket.setblocking(0) | |
| self._socket.bind((self.ip, self.port)) | |
| self._socket.listen(self._max_connections) | |
| # 寄存已建设的链接 | |
| readers = [self._socket] | |
| # 寄存客户端 ip 和端口 | |
| IPs = dict() | |
| # 退出标记 用于敞开服务器 | |
| self._stop = False | |
| # 服务器主循环 | |
| while readers and not self._stop: | |
| # 利用 select 从 建设的链接中选取一些有新音讯的 | |
| read, _, err = select.select(readers, [], readers) | |
| for sock in read: | |
| if sock is self._socket: | |
| # 建设了新链接 | |
| # 获取新链接的 socket 以及 ip 和端口 | |
| client_socket, client_ip = self._socket.accept() | |
| # 将链接设置为非阻塞的 | |
| client_socket.setblocking(0) | |
| # 增加到监听队列 | |
| readers.append(client_socket) | |
| # 存储 ip 信息 | |
| IPs[client_socket] = client_ip | |
| # 调用建设链接回调函数 | |
| self.onCreateConn(self, client_socket, client_ip) | |
| else: | |
| # 收到了新音讯 | |
| try: | |
| # 获取音讯 | |
| data = sock.recv(self.recv_bytes) | |
| except socket.error as e: | |
| if e.errno == errno.ECONNRESET: | |
| # 表明链接已退出 | |
| data = None | |
| else: | |
| raise e | |
| if data: | |
| # 调用收到音讯回调函数 | |
| self.onReceiveMsg(self, sock, IPs[sock], data) | |
| else: | |
| # 链接退出时，移除监听队列 | |
| readers.remove(sock) | |
| sock.close() | |
| # 调用链接敞开回调函数 | |
| self.onCloseConn(self, sock, IPs[sock]) | |
| # 解决存在谬误的链接 | |
| for sock in err: | |
| # 移除监听队列 | |
| readers.remove(sock) | |
| sock.close() | |
| # 调用链接敞开回调函数 | |
| self.onCloseConn(self, sock, IPs[sock]) |
- 首先利用 socket 建设一个服务器链接，这个和最后的 socket 外围代码一样
- 不同的是设置链接为非阻塞的，这样就能够通过
select同时监控多个链接，也不至于阻塞服务器了。对于 select 能够看这里[2] - 在主循环中，筛选出有了音讯的链接，判断是建设链接还是音讯发送，调用不同的回调函数
- 最初解决一下异样
事件处理
当初通过回调函数，就能够编写业务了，之间看代码。
这段是建设链接时的解决：
| def onCreateConn(server, sock, ip): | |
| cid = f'{ip[0]}_{ip[1]}' | |
| clients[cid] = {'cid': cid, 'sock': sock, 'name': None} | |
| sock.send("你曾经接入元宇宙，通知我你的代号, 输出格局为 name:lily.".encode('utf-8')) |
- 首先计算出客户端 id，即 cid，通过 ip 和 端口 组成
- clients 是个词典，用 cid 为 key，存储了 cid、链接、和名称
- 一旦建设起来链接，向链接发送一段问候语，并要求其设置本人的名称
而后是接管音讯的回调函数，这个绝对简单一些，次要是解决的状况更多：
| def onReceiveMsg(server, sock, ip, data): | |
| cid = f'{ip[0]}_{ip[1]}' | |
| data = data.decode('utf-8') | |
| print(f"收到数据: {data}") | |
| _from = clients[cid] | |
| if data.startswith('name:'): | |
| # 设置名称 | |
| name = data[5:].strip() | |
| if not name: | |
| sock.send(f"不能设置空名称，否则其他人找不见你".encode('utf-8')) | |
| elif not checkname(name, cid): | |
| sock.send(f"这个名字 {name} 曾经被应用，请换一个试试".encode('utf-8')) | |
| else: | |
| if not _from['name']: | |
| sock.send(f"{name} 很快乐见到你，当初能够畅游元宇宙了".encode('utf-8')) | |
| msg = f"新成员{name} 退出了元宇宙，和 TA 聊聊吧".encode('utf-8') | |
| sendMsg(msg, _from) | |
| else: | |
| sock.send(f"更换名称实现".encode('utf-8')) | |
| msg = f"{_from['name']} 更换名称为 {name}，和 TA 聊聊吧".encode('utf-8') | |
| sendMsg(msg, _from) | |
| _from['name'] = name | |
| elif '@' in data: | |
| # 私信 | |
| targets = re.findall(r'@(.+?)', data) | |
| print(targets) | |
| msg = f"{_from['name']}: {data}".encode('utf-8') | |
| sendMsg(msg, _from, targets) | |
| else: | |
| # 群信 | |
| msg = f"{_from['name']}：{data}".encode('utf-8') | |
| sendMsg(msg, _from) |
- 代码分为两大部分，if 后面是解决收到的音讯，将 bytes 转化为 字符串；if 开始解决具体的音讯
- 如果收到
name:结尾的音讯，示意须要设置用户名，其中包含判重，以及给其余成员发送音讯 - 如果收到的音讯里有
@，示意在发私信，先提取出须要收回的用户们，而后将音讯发送给对应的用户 - 如果没有非凡标记，就示意群发
- 其中 sendMsg 用于发送音讯，接管三个参数，第一个是音讯，第二是发送者，第三个是接收者名称数组
当链接敞开时，须要解决一下敞开的回调函数：
| def onCloseConn(server, sock, ip): | |
| cid = f'{ip[0]}_{ip[1]}' | |
| name = clients[cid]['name'] | |
| if name: | |
| msg = f"{name} 从元宇宙中隐没了".encode('utf-8') | |
| sendMsg(msg, clients[cid]) | |
| del clients[cid] |
- 当收到链接断开的音讯时，合成音讯，发送给其余用户
- 而后从客户端缓存中删除
客户端
客户端须要解决两个问题，第一个是解决接管到的音讯，第二个是容许用户的输出。
咱们将接管音讯作为一个线程，将用户输出作为主循环。
接管音讯
先看接管音讯的代码：
| def receive(client): | |
| while True: | |
| try: | |
| s_info = client.recv(1024) # 承受服务端的音讯并解码 | |
| if not s_info: | |
| print(f"{bcolors.WARNING}服务器链接断开{bcolors.ENDC}") | |
| break | |
| print(f"{bcolors.OKCYAN}新的音讯：{bcolors.ENDC}\n", bcolors.OKGREEN + s_info.decode('utf-8')+ bcolors.ENDC) | |
| except Exception: | |
| print(f"{bcolors.WARNING}服务器链接断开{bcolors.ENDC}") | |
| break | |
| if close: | |
| break |
- 这是线程中用的代码，接管一个客户端链接作为参数
- 在循环中一直地从链接中获取信息，如果没有音讯时
recv办法会阻塞，直到有新的音讯过去 - 收到音讯后，将音讯写出到管制台上
bcolors提供了一些色彩标记，将音讯显示为不同的色彩close是一个全局标记，如果客户端须要退出时，会设置为 True，能够让线程完结
输出解决
上面再看一下输出控制程序：
| while True: | |
| pass | |
| value = input("") | |
| value = value.strip() | |
| if value == ':start': | |
| if thread: | |
| print(f"{bcolors.OKBLUE}您曾经在元宇宙中了{bcolors.ENDC}") | |
| else: | |
| client = createClient(ip, 5000) | |
| thread = Thread(target=receive, args=(client,)) | |
| thread.start() | |
| print(f"{bcolors.OKBLUE}您进入元宇宙了{bcolors.ENDC}") | |
| elif value == ':quit' or value == ':stop': | |
| if thread: | |
| client.close() | |
| close = True | |
| print(f"{bcolors.OKBLUE}正在退出中…{bcolors.ENDC}") | |
| thread.join() | |
| print(f"{bcolors.OKBLUE}元宇宙已退出{bcolors.ENDC}") | |
| thread = None | |
| if value == ':quit': | |
| print(f"{bcolors.OKBLUE}退出程序{bcolors.ENDC}") | |
| break | |
| pass | |
| elif value == ':help': | |
| help() | |
| else: | |
| if client: | |
| # 聊天模式 | |
| client.send(value.encode('utf-8')) | |
| else: | |
| print(f'{bcolors.WARNING}还没接入元宇宙，请先输出 :start 接入{bcolors.ENDC}') | |
| client.close() |
- 次要是对不同的命令做出的相应，比方
:start示意须要建设链接，:quit示意退出等 - 命令前加
:是为了和个别的音讯做辨别，如果不带:就认为是在发送音讯
启动
实现了整体编码之后，就能够启动了，最终的代码由三局部组成。
第一局部是服务器端外围代码，寄存在 simpletcp.py 中。
第二局部是服务器端业务代码，寄存在 metaServer.py 中。
第三局部是客户端代码，寄存在 metaClient.py 中。
另外须要一些辅助的解决，比方发送音讯的 sendMsg 办法，色彩解决办法等，具体能够下载本文源码理解。
进入代码目录，启动命令行，执行 python metaServer.py，输出指令 start:
server
而后再关上一个命令行，执行 python metaClient.py，输出指令 :start，就能够接入到元宇宙：
client
设置本人的名字：
如果有新的成员退出时，就会失去音讯揭示，还能够玩点互动：
怎么样好玩吧，一个元宇宙就这样造成了，连忙让其余搭档退出试试吧。
总结
元宇宙当初是个很热的概念，但还是基于现有的技术打造的，元宇宙给人们提供了一个生存在虚构的神奇世界里的设想空间，其实自从有了互联网，咱们就曾经逐渐生存在元宇宙之中了。
明天咱们用根底的 TCP 技术，构建了一个本人的元宇宙聊天室，尽管性能上和设想中的元宇宙相去甚远，不过其中的次要性能曾经成形了。
如果有趣味还能够在这个根底上退出更好玩的性能，比方好友，群组，音讯记录等等，在深刻理解的同时，让这个元宇宙更好玩。
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