作者:李晓飞
来源:Python
Facebook 改名为 meta,一下子点燃了 元宇宙 这个概念。
今天我就用 Python 实现一个简单的迷你元宇宙。
代码简洁易懂,不仅可以学习 Python 知识,还能用实践理解元宇宙的概念。
还等什么,现在就开始吧!
什么是元宇宙?
不同的人有不同的理解和认识,最能达成共识的是:
元宇宙是个接入点,每个人都可以成为其中的一个元素,彼此互动。
那么我们的元宇宙有哪些功能呢?
首先必须有可以接入的功能。
然后彼此之间可以交流信息。比如 a 发消息给 b,b 可以发消息给 a,同时可以将消息广播出去,也就是成员之间,可以私信 和 群聊。
另外,在元宇宙的成员可以收到元宇宙的动态,比如新人加入,或者有人离开等,如果玩腻了,可以离开元宇宙。
最终的效果像这样:
效果
直接思考可能比较困难,换个角度想,接入点其实就是 —— 服务器。
只要是上网,每时每刻,我们都是同服务器打交的。
那就选择最简单的 TCP 服务器,TCP 服务器的核心是维护套接字(socket)的状态,向其中发送或者获取信息。
python 的 socket 库,提供了很多有关便捷方法,可以帮助我们构建。
核心代码如下:
import socket socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) socket.bind((ip, port)) socket.listen() data = socket.recv(1024) ...
创建一个 socket,让其监听机器所拥有的一个 ip 和 端口,然后从 socket 中读取发送过来的数据。
客户端是为了方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,客户端自然需要用可以链接 TCP 服务器的方式。
python 也已为我们备好,几行代码就可以搞定,核心代码如下:
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,不过去链接一个服务器的 ip 和 端口。
首先需要让服务器将接入的用户管理起来。
然后当接收到用户消息时做出判断,是转发给其他用户,广播还是做出回应。
这样就需要构造一种消息格式,用来表示用户消息的类型或者目的。
我们就用 @username 的格式来区分,消息发给特殊用户还是群发。
另外,为了完成注册功能,需要再定义一种命令格式,用于设置 username,我们可以用 name:username 的格式作为设置用户名的命令。
有了初步设计,就可以进一步构建我们的代码了。
服务器需要同时响应多个链接,其中包括新链接创建,消息 和 链接断开 等。
为了不让服务器阻塞,我们采用非阻塞的链接,当链接接入时,将链接存储起来,然后用 select 工具,等待有了消息的链接。
这个功能,已经有人实现好了 simpletcp[1],只要稍作改动就好。
将其中的收到消息,建立链接,关闭链接做成回调方法,以便再外部编写业务逻辑。
这里说明一下核心代码:
# 创建一个服务器链接 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) # 存放已建立的链接 readers = [self._socket] # 存放客户端 ip和端口 IPs = dict() # 退出标记 用于关闭服务器 self._stop = False # 服务器主循环 while readers and not self._stop: # 利用 select 从 建立的链接中选取一些有新消息的 read, _, err = select.select(readers, [], readers) for sock in read: if sock is self._socket: # 建立了新链接 # 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) # 添加到监听队列 readers.append(client_socket) # 存储ip信息 IPs[client_socket] = client_ip # 调用建立链接回调函数 self.onCreateConn(self, client_socket, client_ip) else: # 收到了新消息 try: # 获取消息 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: # 调用收到消息回调函数 self.onReceiveMsg(self, sock, IPs[sock], data) else: # 链接退出时,移除监听队列 readers.remove(sock)
sock.close() # 调用链接关闭回调函数 self.onCloseConn(self, sock, IPs[sock]) # 处理存在错误的链接 for sock in err: # 移除监听队列 readers.remove(sock)
sock.close() # 调用链接关闭回调函数 self.onCloseConn(self, sock, IPs[sock])
现在通过回调函数,就可以编写业务了,之间看代码。
这段是建立链接时的处理:
def onCreateConn(server, sock, ip): cid = f'{ip[0]}_{ip[1]}' clients[cid] = {'cid': cid, 'sock': sock, 'name': None}
sock.send("你已经接入元宇宙,告诉我你的代号,输入格式为 name:lily.".encode('utf-8'))
然后是接收消息的回调函数,这个相对复杂一些,主要是处理的情况更多:
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}已经被使用,请换一个试试".encode('utf-8')) else: if not _from['name']:
sock.send(f"{name} 很高兴见到你,现在可以畅游元宇宙了".encode('utf-8'))
msg = f"新成员{name} 加入了元宇宙,和TA聊聊吧".encode('utf-8')
sendMsg(msg, _from) else:
sock.send(f"更换名称完成".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)
当链接关闭时,需要处理一下关闭的回调函数:
def onCloseConn(server, sock, ip): cid = f'{ip[0]}_{ip[1]}' name = clients[cid]['name'] if name:
msg = f"{name} 从元宇宙中消失了".encode('utf-8')
sendMsg(msg, clients[cid]) del clients[cid]
客户端需要解决两个问题,第一个是处理接收到的消息,第二个是允许用户的输入。
我们将接收消息作为一个线程,将用户输入作为主循环。
先看接收消息的代码:
def receive(client): while True: try:
s_info = client.recv(1024) # 接受服务端的消息并解码 if not s_info:
print(f"{bcolors.WARNING}服务器链接断开{bcolors.ENDC}") break print(f"{bcolors.OKCYAN}新的消息:{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
下面再看一下输入控制程序:
while True: pass value = input("")
value = value.strip() if value == ':start': if thread:
print(f"{bcolors.OKBLUE}您已经在元宇宙中了{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,请先输入 :start 接入{bcolors.ENDC}')
client.close()
完成了整体编码之后,就可以启动了,最终的代码由三部分组成。
第一部分是服务器端核心代码,存放在 simpletcp.py 中。
第二部分是服务器端业务代码,存放在 metaServer.py 中。
第三部分是客户端代码,存放在 metaClient.py 中。
另外需要一些辅助的处理,比如发送消息的 sendMsg 方法,颜色处理方法等,具体可以下载本文源码了解。
进入代码目录,启动命令行,执行 python metaServer.py,输入指令 start:
server
然后再打开一个命令行,执行 python metaClient.py,输入指令 :start,就可以接入到元宇宙:
client
设置自己的名字:
如果有新的成员加入时,就会得到消息提醒, 还可以玩点互动:
怎么样好玩吧,一个元宇宙就这样形成了,赶紧让其他伙伴加入试试吧。
元宇宙现在是个很热的概念,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活在虚拟的神奇世界里的想象空间,其实自从有了互联网,我们就已经逐步生活在元宇宙之中了。
今天我们用基础的 TCP 技术,构建了一个自己的元宇宙聊天室,虽然功能上和想象中的元宇宙相去甚远,不过其中的主要功能已经成形了。
如果有兴趣还可以在这个基础上加入更好玩的功能,比如好友,群组,消息记录等等,在深入了解的同时,让这个元宇宙更好玩。
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