用Python徒手写一个web开发框架

自从转行做码农以来，零零碎碎总会参与web开发相关的工作，但一直都没系统地学习一下，现在处于离职前夕，刚好有时间，跟着廖雪峰大神《Python教程》的实战教程，从头开始写一个web开发框架，以理清其中的脉络。

Web App骨架

整个框架建立在asyncio的基础上，而异步IO的现实是用的协程模型，跟传统子程序(即函数，通过栈实现，一个线程就是执行一个子程序，最终一层一层返回给程序入口)相比，有两点优势：

a. 极高的执行效率，没有线程切换的开销，通过程序控制中断（与单片机里的中断类似）来切换任务

b. 不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程

import logging; logging.basicConfig(level=logging.INFO)

import asyncio, os, json, time
from datetime import datetime

from aiohttp import web

def index(request):
    return web.Response(body=b'
Awesome
')

@asyncio.coroutine
def init(loop):
    app = web.Application(loop=loop)
    app.router.add_route('GET', '/', index)
    srv = yield from loop.create_server(app.make_handler(), '127.0.0.1', 9000)
    logging.info('server started at http://127.0.0.1:9000...')
    return srv

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(init(loop))
loop.run_forever()

ORM层

1. 创建一个全局的连接池

2. 实现Select和Insert, Update, Delete的SQL模板

3. 定义Field和各种Filed子类

Filed有四个属性，name，column_type, primary_key(type:boolean), default

4. 定义ModelMetaclass

因为操作不同的表要不同的对象，不同的对象需要不同的类来创建，而只有使用者才能根据表的结构定义出对应的类，即所有的类需要动态定义，所以这里选择用metaclass来创建类，即：

定义metaclass就可以创建类，再创建实例。可以把类看作是metaclass创建出来的实例。

需要实现__new__(cls, name, bases, attrs)方法，当传入metaclass时，它指示Python解释器在创建对象时，要通过ModelMetaclass.__new__()来创建，在此可以修改类的定义，比如，加上新的方法，然后，返回修改后的定义

class ModelMetaclass(type):

    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        if name=='Model':
            return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
        print('Found model: %s' % name)
        mappings = dict()
        for k, v in attrs.items():
            if isinstance(v, Field):
                print('Found mapping: %s ==> %s' % (k, v))
                mappings[k] = v
        for k in mappings.keys():
            attrs.pop(k)
        attrs['__mappings__'] = mappings # 保存属性和列的映射关系
        attrs['__table__'] = name # 假设表名和类名一致
        return type.__new__(cls, name, bases, attrs)

5. 定义基类Model

当用户定义一个class User(Model)时，Python解释器首先在当前类User的定义中查找metaclass，如果没有找到，就继续在父类Model中查找metaclass，找到了，就使用Model中定义的metaclass的ModelMetaclass来创建User类，也就是说，metaclass可以隐式地继承到子类。

class Model(dict, metaclass=ModelMetaclass):

    def __init__(self, **kw):
        super(Model, self).__init__(**kw)

    def __getattr__(self, key):
        try:
            return self[key]
        except KeyError:
            raise AttributeError(r"'Model' object has no attribute '%s'" % key)

    def __setattr__(self, key, value):
        self[key] = value

    def save(self):
        fields = []
        params = []
        args = []
        for k, v in self.__mappings__.items():
            fields.append(v.name)
            params.append('?')
            args.append(getattr(self, k, None))
        sql = 'insert into %s (%s) values (%s)' % (self.__table__, ','.join(fields), ','.join(params))
        print('SQL: %s' % sql)
        print('ARGS: %s' % str(args))

路由

1. 把一个函数映射为URL处理函数，eg.

def get(path):
    '''
    Define decorator @get('/path')
    '''
    def decorator(func):
        @functools.wraps(func)
        def wrapper(*args, **kw):
            return func(*args, **kw)
        wrapper.__method__ = 'GET'
        wrapper.__route__ = path
        return wrapper
    return decorator

2, 编写一个add_route函数‘

def add_route(app, fn):
    method = getattr(fn, '__method__', None)
    path = getattr(fn, '__route__', None)
    if path is None or method is None:
        raise ValueError('@get or @post not defined in %s.' % str(fn))
    if not asyncio.iscoroutinefunction(fn) and not inspect.isgeneratorfunction(fn):
        fn = asyncio.coroutine(fn)
    logging.info('add route %s %s => %s(%s)' % (method, path, fn.__name__, ', '.join(inspect.signature(fn).parameters.keys())))
    app.router.add_route(method, path, RequestHandler(app, fn))

参数解析

1. 检查必填参数是否被传入

2. 将参数分装到dict结构中，方便在handlers中处理

middleware

即拦截器，可以改变URL的输入、输出，甚至可以决定不继续处理而直接返回。middleware的用处就在于把通用的功能从每个URL处理函数中拿出来，集中放在一个地方

1. 一个URL日志的logger可以简单定义如下：

@asyncio.coroutine
def logger_factory(app, handler):
    @asyncio.coroutine
    def logger(request):
        # 记录日志:
        logging.info('Request: %s %s' % (request.method, request.path))
        # 继续处理请求:
        return (yield from handler(request))
    return logger

2. 不同response的处理

@asyncio.coroutine
def response_factory(app, handler):
    @asyncio.coroutine
    def response(request):
        # 结果:
        r = yield from handler(request)
        if isinstance(r, web.StreamResponse):
            return r
        if isinstance(r, bytes):
            resp = web.Response(body=r)
            resp.content_type = 'application/octet-stream'
            return resp
        if isinstance(r, str):
            resp = web.Response(body=r.encode('utf-8'))
            resp.content_type = 'text/html;charset=utf-8'
            return resp
        if isinstance(r, dict):
            ...

配置文件

Python本身语法简单，可以直接用Python源代码来实现配置

如果要部署到服务器时，通常需要修改数据库的host等信息，直接修改config_default.py不是一个好办法，更好的方法是编写一个config_override.py，用来覆盖某些默认设置

configs = config_default.configs

try:
    import config_override
    configs = merge(configs, config_override.configs)
except ImportError:
    pass

异常处理

用一个整数表示错误码，这种方式很难维护错误码，客户端拿到错误码还需要查表得知错误信息。更好的方式是用字符串表示错误代码，不需要看文档也能猜到错误原因。

class APIError(Exception):
    def __init__(self, error, data="", message=""):
        self.error = error
        self.data = data
        self.message = message


class APIValueError(APIError):
    def __init__(self, field, message=""):
        super().__init__("value:invalid", field, message)

分页

class Page(object):
    """
    Page object for display pages
    """
    def __init__(self, item_count, page_index=1, page_size=10):
        self.item_count = item_count
        self.page_size = page_size
        self.page_count = item_count // page_size + (1 if item_count % page_size > 0 else 0)
        if (item_count == 0) or (page_index > self.page_count):
            self.offset = 0
            self.limit = 0
            self.page_index = 1
        else:
            self.page_index = page_index
            self.offset = (page_index - 1) * page_size
            self.limit = self.page_size
        self.has_next = self.page_index < self.page_count
        self.has_previous = self.page_index > 1