django-push-notifications を使って、Web Push 通知を実装する

PWA の要素の 1つに Web Push があります。
[Service Worker の仕様が何で定められているかしっかり調べていない] という状態で、django アプリケーションに、django-push-notifications/django-push-notifications: Send push notifications to mobile devices through GCM or APNS in Django. をインストールして、Web Push を実装した結果を記載します。
vapid で1-2日ハマっていたので、その解決の糸口になればと思います。

前提

以下の環境で作業は実施しています。

OS

% sw_vers
ProductName:    Mac OS X
ProductVersion: 10.13.1
BuildVersion:   17B1003

Python の Version
```
% python3 -V
Python 3.6.2
```

Django の Version

% python3 -m pip list --format=columns | grep Django
Django                            1.11.8

django-push-notifications の設定について FCM、VAPID を使用した設定になります。
以下の記事を参考に設定は進めました。
Web Pushのサーバ認証VAPIDを試してみる (旧題: GCMの登録が不要になったChromeのWeb Pushを試してみる) - Qiita
FCM の設定
動作確認には、Firebase を使いました。
事前に API の登録、設定を実施する必要があります。

手順

以下の手順で実施しています。

インストール
クライアント JavaScript の作成
ID 登録用の Web API の設定
通知コマンドの送信

インストール

pip で、インストールします。

python3 -m pip install django-push-notifications
------------------------------------------------------
Installing collected packages: pycparser, cffi, asn1crypto, cryptography, PyJWT, hpack, hyperframe, h2, hyper, apns2, django-push-notifications
Successfully installed PyJWT-1.5.3 apns2-0.3.0 asn1crypto-0.24.0 cffi-1.11.4 cryptography-2.1.4 django-push-notifications-1.5.0 h2-2.6.2 hpack-3.0.0 hyper-0.7.0 hyperframe-3.2.0 pycparser-2.18
------------------------------------------------------

settings.py にアプリケーションを追加する

    INSTALLED_APPS = [
    ....
    'push_notifications',
    ...
    ]

公開鍵、秘密鍵の発行

pywebpush、py-vapid をインストール
pywebpush、py-vapid をインストールします。
```
pip install pywebpush
pip install py-vapid  (Only for generating key)
```

claim.json の作成
以下の内容の claim.json を作成しました。

{
    "sub": "mailto: your.mail@gmail.com",      
    "aud": "https://fcm.googleapis.com"
}

公開鍵、秘密鍵を発行する
claim.json を input にして、秘密鍵、公開鍵を発行します。
```
vapid --sign claim.json
```
以下コマンドで、P-256 楕円曲線の ECDSA 公開鍵? を生成します。
```
vapid --applicationServerKey
--------------------------------
Application Server Key = BEFuGfKKEFp-kEBMxAIw7ng8HeH_QwnH5_h55ijKD4FRvgdJU1GVlDo8K5U5ak4cMZdQTUJlkA34llWF0xHya70
--------------------------------
```
ここで、出力された、キーをコピーアンドペーストし、JavaScript に設定します。
公開鍵を返す、API を作る方式もありますが、個人的には、JavaScript に含めるで一旦は問題ないかと思いました。
Cache される場合もあるので、実際使用する際は、サーバ側から返す実装がいいかもしれません。

Web Push の設定を追加する

settings.py に、PUSH_NOTIFICATIONS_SETTINGS の設定を追加します。

PUSH_NOTIFICATIONS_SETTINGS = {
        "FCM_API_KEY": "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx",
        "FCM_ERROR_TIMEOUT": 1000,
        "WP_PRIVATE_KEY" : os.path.join(BASE_DIR, "private_key.pem"),
        "WP_CLAIMS" :  {'sub': "mailto: your.mail@gmail.com"}
}

クライアント JavaScript の作成

django-push-notifications/django-push-notifications: Send push notifications to mobile devices through GCM or APNS in Django. の Sample を参考に、JavaScript クライアントを作成します。
自分は、ReactのregisterServiceWorkerとは、なんぞや - Qiita に記載のあるregisterServiceWorker.js を使おうとしており、その内部に組み込みました。

registerServiceWorker.js

// In production, we register a service worker to serve assets from local cache.

// This lets the app load faster on subsequent visits in production, and gives
// it offline capabilities. However, it also means that developers (and users)
// will only see deployed updates on the "N+1" visit to a page, since previously
// cached resources are updated in the background.

// To learn more about the benefits of this model, read https://goo.gl/KwvDNy.
// This link also includes instructions on opting out of this behavior.

// Utils functions:
function urlBase64ToUint8Array(base64String) {
    var padding = '='.repeat((4 - base64String.length % 4) % 4)
    var base64 = (base64String + padding)
        .replace(/\-/g, '+')
        .replace(/_/g, '/')

    var rawData = window.atob(base64)
    var outputArray = new Uint8Array(rawData.length)

    for (var i = 0; i < rawData.length; ++i) {
        outputArray[i] = rawData.charCodeAt(i)
    }
    return outputArray;
}

function loadVersionBrowser(userAgent) {
    var ua = userAgent, tem, M = ua.match(/(opera|chrome|safari|firefox|msie|trident(?=\/))\/?\s*(\d+)/i) || [];
    if (/trident/i.test(M[1])) {
        tem = /\brv[ :]+(\d+)/g.exec(ua) || [];
        return {name: 'IE', version: (tem[1] || '')};
    }
    if (M[1] === 'Chrome') {
        tem = ua.match(/\bOPR\/(\d+)/);
        if (tem != null) {
            return {name: 'Opera', version: tem[1]};
        }
    }
    M = M[2] ? [M[1], M[2]] : [navigator.appName, navigator.appVersion, '-?'];
    if ((tem = ua.match(/version\/(\d+)/i)) != null) {
        M.splice(1, 1, tem[1]);
    }
    return {
        name: M[0],
        version: M[1]
    };
};
const isLocalhost = Boolean(
    window.location.hostname === 'localhost' ||
    // [::1] is the IPv6 localhost address.
    window.location.hostname === '[::1]' ||
    // 127.0.0.1/8 is considered localhost for IPv4.
    window.location.hostname.match(
        /^127(?:\.(?:25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)){3}$/
    )
)

export default function register() {
    if ('serviceWorker' in navigator) {
        // The URL constructor is available in all browsers that support SW.
        const publicUrl = new URL("/static/js", window.location)
        if (publicUrl.origin !== window.location.origin) {
            // Our service worker won't work if PUBLIC_URL is on a different origin
            // from what our page is served on. This might happen if a CDN is used to
            // serve assets; see https://github.com/facebookincubator/create-react-app/issues/2374
            return
        }

        window.addEventListener('load', () => {
            const swUrl = '/static/js/service-worker.js'
            if (!isLocalhost) {
                // Is not local host. Just register service worker
                registerValidSW(swUrl)
            } else {
                // This is running on localhost. Lets check if a service worker still exists or not.
                checkValidServiceWorker(swUrl)
            }
        })
    }
}

function registerValidSW(swUrl) {
    // パーミッション
    Notification.requestPermission(state => {
        if (state === 'granted') {

        }
    });
    // serviceWorkerの登録
    navigator.serviceWorker
        .register(swUrl)
        .then(registration => {
                var browser = loadVersionBrowser(window.navigator.userAgent);
                const serverPublicKey = "xxxxxxxxxxxxxxxxxx";
                registration.pushManager.subscribe({
                    userVisibleOnly: true,
                    applicationServerKey: urlBase64ToUint8Array(serverPublicKey)
                }).then(sub => {
                    var endpointParts = sub.endpoint.split('/');
                    var registration_id = endpointParts[endpointParts.length - 1];
                    let contentEncoding; // プッシュ通知の送信時に指定するContent-Encoding
                    // Chrome 50以降、Firefox 48以降のみを想定
                    if ('supportedContentEncodings' in PushManager) {
                        contentEncoding =
                            PushManager.supportedContentEncodings.includes('aes128gcm') ? 'aes128gcm' : 'aesgcm';
                    } else {
                        contentEncoding = 'aesgcm';
                    }
                    var data = {
                        'browser': browser.name.toUpperCase(),
                        'p256dh': btoa(String.fromCharCode.apply(null, new Uint8Array(sub.getKey('p256dh')))),
                        'auth': btoa(String.fromCharCode.apply(null, new Uint8Array(sub.getKey('auth')))),
                        'name': browser.name.toUpperCase(),
                        "active": true,
                        'registration_id': registration_id,
                        'contentEncoding': contentEncoding,
                        'cloud_message_type': 'FCM'
                    };
                    console.log(data);
                    requestPOSTToServer(data);
                }).catch(error => {
                    console.error('Error during service worker ready:', error)
                });

                registration.onupdatefound = () => {
                    const installingWorker = registration.installing
                    installingWorker.onstatechange = () => {
                        if (installingWorker.state === 'installed') {
                            if (navigator.serviceWorker.controller) {
                                // At this point, the old content will have been purged and
                                // the fresh content will have been added to the cache.
                                // It's the perfect time to display a "New content is
                                // available; please refresh." message in your web app.
                                console.log('New content is available; please refresh.')
                            } else {
                                // At this point, everything has been precached.
                                // It's the perfect time to display a
                                // "Content is cached for offline use." message.
                                console.log('Content is cached for offline use.')
                            }
                        }
                    }
                };
            }
        ).catch(error => {
        console.error('Error during service worker registration:', error)
    });
}

function checkValidServiceWorker(swUrl) {
    // Check if the service worker can be found. If it can't reload the page.
    fetch(swUrl)
        .then(response => {
            // Ensure service worker exists, and that we really are getting a JS file.
            if (
                response.status === 404 ||
                response.headers.get('content-type').indexOf('javascript') === -1
            ) {
                // No service worker found. Probably a different app. Reload the page.
                navigator.serviceWorker.ready.then(registration => {
                    registration.unregister().then(() => {
                        window.location.reload()
                    })
                })
            } else {
                // Service worker found. Proceed as normal.
                registerValidSW(swUrl)
            }
        })
        .catch((e) => {
            console.log(
                'No internet connection found. App is running in offline mode.', e
            )
        })
}

export function unregister() {
    if ('serviceWorker' in navigator) {
        navigator.serviceWorker.ready.then(registration => {
            registration.unregister()
        })
    }
}

function requestPOSTToServer(data) {
    var xmlhttp = new XMLHttpRequest();   // new HttpRequest instance
    xmlhttp.open("POST", "/api/v2/web_push/");
    xmlhttp.setRequestHeader("Content-Type", "application/json");
    xmlhttp.send(JSON.stringify(data));
}

実装していてハマっていたところ2点記載します。

requestPOSTToServerは、自前実装する必要がある
Sample プログラムに記載がなく、最初理解できなかったのですが、通知処理と registration_id の払い出しを非同期で行う場合、払い出した情報を、サーバー側に送信する必要があります。登録した情報が、サーバー側で通知処理を行う場合の宛先になります。
const serverPublicKey = “xxxxxxxxxxxxxxxxxx”;
ここに、vapid --applicationServerKey で出力された鍵を記載します。
registration のタイミングでのrequestPOSTToServer実行について
ServiceWorker の ready のタイミングで送信を実施したのですが、うまくいかず、registration に移動しました。
しかしながらこの実装だと2度目の表示時にキー重複エラーが発生し、エラーとなります。
UPDATE_ON_DUPLICATE_REG_ID を設定すると更新が発生し、エラーは抑制できますが、タイミングを変更するのが理想かと思いました。
どう実装すべきかは考え中です。

ID 登録用の Web API の設定

registration_id 登録のための API を urls.py に紐付けます。

from push_notifications.api.rest_framework import WebPushDeviceViewSet
from rest_framework.routers import DefaultRouter

router = DefaultRouter()
router.register(r'web_push', WebPushDeviceViewSet)
urlpatterns = [
    ...
    url(r'^api/v2/', include(router.urls)),
    ...
    ]

VAPID を使う場合は、WebPushDeviceViewSet を使用します。
これがわからず、別のViewSetを使って送信がうまくいかないで、ハマっていました。
上記の例だと、/api/v2/web_push/ が API の URLになります。

通知コマンドの送信

1件のみ登録したので、id=1 でデータを取り出して、対象に通知を送信します。

from push_notifications.models import WebPushDevice
fcm_device = WebPushDevice.objects.get(id=1)
fcm_device.send_message("This is a message")

上記で localhost でブラウザで通知が送信されるのを確認できました。

実装してみて感じたこと

以下、実装した感想を記載します。

会員登録サイトで、会員登録していない人の緩い囲い込み
会員登録を求めず、「通知を実施するか確認する」、「通知に必要な最低限の情報のみ求める」で通知を送信できるかと思いました。
末登録>末登録だけど通知設定済>会員登録したで、会員登録前のレベルとして状態を設けることができます。
少しだけ情報を求めて、データを集めるのは良いかと思いました。¹
サイトの再方率にも寄与しそうに思います。
ダイアログの出し方を工夫する
ServiceWorker の登録直後に、通知設定まで行うと、画面表示直後にダイアログが出てきます。
個人的な経験上は余りこのタイミングで登録は行わないので、通知の求め方を工夫する必要はあるかなと思いました。

以上です。

GAのcookie を送付しておいて、後で GA側の情報を紐付けしてもいいかもしれません。 ↩

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前提

手順

インストール

settings.py にアプリケーションを追加する

公開鍵、秘密鍵の発行

Web Push の設定を追加する

クライアント JavaScript の作成

ID 登録用の Web API の設定

通知コマンドの送信

実装してみて感じたこと

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