FastAPI 中的音频流websocket桥接

在本文中，我们将介绍如何在 FastAPI 中使用 websocket 来实现音频流的传输和桥接。FastAPI 是一个现代、高性能、容易使用的 Python Web 框架，支持异步处理，并且有良好的文档和社区支持。

为什么选择 FastAPI

在构建实时音频流应用程序时，选择合适的框架非常重要。FastAPI 是一个优秀的选择，原因如下：

高性能：FastAPI 基于 Starlette 框架，使用了现代的 ASGI 异步技术，能够处理高并发的请求。
易于使用：FastAPI 的语法简洁明了，与 Python 的类型提示结合，使得代码易于阅读和维护。
文档完善：FastAPI 的官方文档非常全面，提供了大量的示例和教程，帮助开发者快速入门。
WebSocket 支持：FastAPI 支持 WebSocket，使得实现实时应用变得更加简单。

FastAPI WebSocket 的基本用法

首先，我们需要安装 FastAPI 和 uvicorn：

$ pip install fastapi uvicorn

创建一个名为 main.py 的文件，编写以下代码：

from fastapi import FastAPI, WebSocket

app = FastAPI()

@app.websocket("/ws")
async def websocket_endpoint(websocket: WebSocket):
    await websocket.accept()
    while True:
        data = await websocket.receive_text()
        await websocket.send_text(f"Received: {data}")

这段代码创建了一个 FastAPI 应用，并定义了一个 WebSocket 路由 /ws。当有一个 WebSocket 请求到达时，会创建一个 WebSocket 连接，并循环接收和发送数据。其中，websocket.receive_text() 会异步接收来自客户端的消息，并通过 websocket.send_text() 发送回客户端。

现在，你可以使用以下命令来运行 FastAPI 应用：

$ uvicorn main:app --reload

接下来，可以使用任何 WebSocket 工具（例如 WebSocket Test Client）来测试我们的应用。连接到 ws://localhost:8000/ws，发送一些消息，应用将会返回接收到的消息。

FastAPI 中的音频流传输

要在 FastAPI 中传输音频流，我们需要从客户端接收音频数据，并将其发送到另一个客户端。下面是一个示例代码，演示了如何在两个 WebSocket 连接中桥接音频流数据：

import asyncio
from fastapi import FastAPI, WebSocket
from typing import List

app = FastAPI()

# 存储连接上的客户端
clients: List[WebSocket] = []

@app.websocket("/ws")
async def websocket_endpoint(websocket: WebSocket):
    await websocket.accept()
    clients.append(websocket)  # 将客户端连接加入列表

    try:
        while True:
            data = await websocket.receive_text()
            await forward_audio(data, websocket)
    finally:
        clients.remove(websocket)  # 客户端连接断开时，从列表中移除该连接

async def forward_audio(data: str, sender: WebSocket):
    for client in clients:
        if client != sender:
            await client.send_text(data)

在这个例子中，我们维护了一个客户端连接的列表 clients，以及一个 forward_audio() 函数用于从发送者转发音频数据给其他客户端。当有新的 WebSocket 连接建立时，我们将其加入 clients 列表。当有音频数据通过 WebSocket 发送时，我们将其转发给除发送者外的其他客户端。当客户端断开连接时，我们将其从列表中移除。

实时音频流应用示例

我们可以创建一个实时音频聊天应用来演示 FastAPI WebSocket 的强大功能。首先，我们需要进行以下准备工作。

客户端代码

客户端代码是使用 WebRTC 技术的浏览器应用程序。我们将使用 SimpleWebRTC 库来简化代码。创建一个名为 index.html 的文件，并编写以下代码：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Audio Chat</title>
    <script src="https://simplewebrtc.com/latest-v3.js"></script>
    <style>
        video {
            width: 200px;
            height: 150px;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <h1>Audio Chat</h1>
    <div id="remotesVideos"></div>
    <script>
        const webrtc = new SimpleWebRTC({
            localVideoEl: '',
            remoteVideosEl: 'remotesVideos',
            autoRequestMedia: true
        });
    </script>
</body>
</html>

将上述代码放入一个 HTTP 服务器中（例如 Apache 或 Nginx），通过浏览器打开这个页面。

FastAPI 服务器代码

接下来，我们准备一个 FastAPI 服务器，用于接收和转发客户端的音频数据。创建一个名为 main.py 的文件，并编写以下代码：

import asyncio
from fastapi import FastAPI, WebSocket
from starlette.responses import HTMLResponse
from typing import List

app = FastAPI()

# 存储连接上的客户端
clients: List[WebSocket] = []

@app.websocket("/ws")
async def websocket_endpoint(websocket: WebSocket):
    await websocket.accept()
    clients.append(websocket)  # 将客户端连接加入列表

    try:
        while True:
            data = await websocket.receive_text()
            await forward_audio(data, websocket)
    finally:
        clients.remove(websocket)  # 客户端连接断开时，从列表中移除该连接

async def forward_audio(data: str, sender: WebSocket):
    for client in clients:
        if client != sender:
            await client.send_text(data)

@app.get("/")
async def get():
    html = """
    <!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>Audio Chat</title>
        <script src="https://simplewebrtc.com/latest-v3.js"></script>
        <style>
            video {
                width: 200px;
                height: 150px;
            }
        </style>
    </head>
    <body>
        <h1>Audio Chat</h1>
        <div id="remotesVideos"></div>
        <script>
            const webrtc = new SimpleWebRTC({
                localVideoEl: '',
                remoteVideosEl: 'remotesVideos',
                autoRequestMedia: true
            });
        </script>
    </body>
    </html>
    """
    return HTMLResponse(content=html, status_code=200)

运行 FastAPI 服务：

$ uvicorn main:app --reload

现在，浏览器访问 http://localhost:8000/，你会看到一个简单的页面，并可以通过多个浏览器窗口打开该页面。不同窗口的音频数据将实时传输和播放。

总结

本文介绍了如何使用 FastAPI 实现音频流的 WebSocket 桥接。首先，我们了解了为什么选择 FastAPI 作为框架，并介绍了 FastAPI 的优势和特点。接着，我们学习了 FastAPI 中 WebSocket 的基本用法，并通过示例代码演示了如何接收和发送文本消息。

然后，我们深入讨论了在 FastAPI 中传输音频流的方法。我们创建了一个示例代码，演示了如何在多个 WebSocket 连接之间桥接音频数据。这个示例代码维护了一个 WebSocket 连接的列表，并提供了一个函数来转发音频数据给其他连接。这种方式可以帮助我们构建实时音频流应用程序，例如音频聊天应用。

最后，我们提供了一个完整的示例，展示了如何使用 FastAPI 和 SimpleWebRTC 库来创建一个实时音频聊天应用。我们的示例包括了一个服务器端代码和一个客户端代码，通过浏览器访问页面即可实现多个客户端之间的音频流传输和播放。

通过本文，我们了解了如何在 FastAPI 中实现音频流的 WebSocket 桥接，并且通过示例代码展示了实时音频流应用的开发过程。希望本文对你在构建实时音频应用方面有所帮助，也希望你能够发挥 FastAPI 的强大功能，构建更多创新的应用程序。

如果你对 FastAPI 和 WebSocket 桥接有更多兴趣，建议阅读 FastAPI 官方文档和 WebSocket 相关的资料，深入了解它们的更多特性和用法。祝你在实时音频应用的开发中取得成功！