flask框架实现web服务器的过程探索

我们明确一下web应用处理请求的具体流程

1. 用户操作浏览器发送请求；
2. 请求转发至对应的web服务器 ；
3. web服务器将请求转交给web应用程序，web应用程序处理请求；
4. web应用将请求结果返回给web服务器，由web服务器返回用户响应结果 ；
5. 浏览器收到响应，向用户展示

可以看到，请求时Web服务器需要和web应用程序进行通信，但是web服务器有很多种啊，Python web应用开发框架也对应多种啊，所以WSGI应运而生，定义了一套通信标准。试想一下，如果不统一标准的话，就会存在Web框架和Web服务器数据无法匹配的情况，那么开发就会受到限制，这显然不合理的。

web服务器是什么？

Web服务器，是指驻留于互联网上某种类型计算机的程序。当Web浏览器（客户端）连到Web服务器上，并请求文件时，Web服务器将处理该请求，并将文件发送反馈到Web浏览器上，附带的信息会告诉Web浏览器如何查看该文件。由于Web服务器，使用HTTP（超文本传输协议）与客户机浏览器进行信息交流，所以人们常把它们称为**“HTTP服务器”**。

Web服务器，也称为“WWW服务器”( 英文全写：World Wide Web，翻译成中文：万维网或环球信息网 )，主要功能是“提供网上信息浏览服务”。 WWW 是Internet（互联网）的多媒体信息查询工具，是Internet（互联网）上发展起来的服务，也是发展最快和目前使用最广泛的服务。正是因为有了WWW工具，才使得近十几年来互联网迅速繁荣发展，用户数量飞速飙升。据最新数据显示，目前全球人口数量达到76.76亿人，其中全球“网民”（互联网用户）达到惊人的43.88亿。

　　
web服务器的工作流程如下：

Web服务器的工作原理：

Web服务器的工作原理并不复杂，一般可分成4个步骤：连接过程、请求过程、应答过程以及关闭连接。

1. 连接过程，就是Web服务器和Web浏览器之间所建立起来的一种连接。要查看连接过程是否实现，用户可以找到和打开socket这个虚拟文件（一个抽象层，应用程序可以通过它发送或接收数据，可对其进行像对文件一样的“打开、读写和关闭”等操作）。这个文件的建立，意味着“连接过程”这一步骤已经成功建立。
2. 请求过程，就是Web的浏览器运用socket这个文件向Web的服务器提出各种请求。应答过程，就是运用“HTTP协议”把在请求过程中所提出来的请求，传输到Web的服务器，进而实施任务处理，然后运用“HTTP协议”把任务处理的结果，再传输到Web的浏览器，同时在Web的浏览器上面，展示上述所请求的界面。
3. 应答过程，应答过程如下图所示
   
4. 关闭连接，就是当上一个步骤：“应答过程”完成以后，Web服务器和Web浏览器之间断开连接的过程。Web服务器上述4个步骤环环相扣、紧密相联，逻辑性比较强，可以支持多个进程、多个线程,以及多个进程与多个线程相混合的技术。

Web服务器与web应用程序的通信标准是什么？

从web应用处理请求的具体流程可知，请求时Web服务器需要和web应用程序进行通信，但是web服务器有很多种啊，Python web应用开发框架也对应多种啊，所以WSGI应运而生，定义了一套通信标准。试想一下，如果不统一标准的话，就会存在Web框架和Web服务器数据无法匹配的情况，那么开发就会受到限制，这显然不合理的。

既然定义了标准，那么WSGI的标准或规范是？

web服务器在将请求转交给web应用程序之前，需要先将http报文转换为WSGI规定的格式。

WSGI规定，Web程序必须有一个可调用对象，且该可调用对象接收两个参数，返回一个可迭代对象：

1. environ：字典，包含请求的所有信息
2. start_response：在可调用对象中调用的函数，用来发起响应，参数包括状态码，headers等

通过以上学习，一起实现一个简单WSGI服务吧
首先，我们编写一个符合WSGI标准的一个http处理函数：

def hello(environ, start_response):
    status = "200 OK"
    response_headers = [('Content-Type', 'text/html')]
    start_response(status, response_headers)
    path = environ['PATH_INFO'][1:] or 'hello'
    return [b'
 %s 
' % path.encode()]

该方法负责获取environ字典中的path_info，也就是获取请求路径，然后在前端展示。

接下来，我们需要一个服务器启动WSGI服务器用来处理验证，使用Python内置的WSGI服务器模块wsgiref，编写server.py：

# coding:utf-8
"""
desc: WSGI服务器实现
"""
from wsgiref.simple_server import make_server
from learn_wsgi.client import hello


def main():
    server = make_server('localhost', 8001, hello)
    print('Serving HTTP on port 8001...')
    server.serve_forever()


if __name__ == '__main__':
    main()

执行python server.py，浏览器打开"http://localhost:8001/a"，即可验证。

通过实现一个简单的WSGI服务，我们可以看到：通过environ可以获取http请求的所有信息，http响应的数据都可以通过start_response加上函数的返回值作为body。

当然，以上只是一个简单的案例，那么在python的Web框架内部是如何遵循WSGI规范的呢？以Flask举例，

Flask与WSGI

Flask中的程序实例app就是一个可调用对象，我们创建app实例时所调用的Flask类实现了__call方法，__call方法调用了wsgi_app()方法，该方法完成了请求和响应的处理，WSGI服务器通过调用该方法传入请求数据，获取返回数据：源码如下所示：

def wsgi_app(self, environ, start_response):
    ctx = self.request_context(environ)
    error = None
    try:
        try:
            ctx.push()
            response = self.full_dispatch_request()
        except Exception as e:
            error = e
            response = self.handle_exception(e)
        except:  # noqa: B001
            error = sys.exc_info()[1]
            raise
        return response(environ, start_response)
    finally:
        if self.should_ignore_error(error):
            error = None
        ctx.auto_pop(error)

def __call__(self, environ, start_response):
    return self.wsgi_app(environ, start_response)

路由的定义

客户端发送请求给web服务器，web服务器再将请求发送给Flask程序实例
　　程序实例需要知道每个url请求所对应的运行代码是谁。所以程序中必须要创建一个 url 请求地址 到 python运行函数的一个映射。处理url和函数之间的关系的程序就是"路由"。

python中路由是如何实现的

在 Flask 中，路由是通过 @app.route 装饰器来表示的

1.路由的基本表示
　　　　# http://localhost:5000/admin/login
　　　　　@app.route(’/admin/login’)
　　　　　def admin_login():
　　　　　return ‘xxx’

2.指定参数类型的路由以及传参
　　　　# http://localhost:5000/show/zengsf/23
　　　　@app.route(’/show//int:age’)
　　　　def show(name,age):
　　　　　　//: name : 字符串
　　　　　　//: age : 整数
　　　　int: 类型转换器
　　　　
　　　Flask 中所支持的类型转换器：
　　　　类型转换器 作用
　　　　缺省 字符串，不能有斜杠(’/’)
　　　　int: 整型
　　　　float: 浮点型
　　　　path: 字符串，可以有斜杠(’/’)

3.多 URL 的路由匹配
　　　　为多个访问地址匹配同一个视图处理函数
　　　　@app.route(’/地址1’)
　　　　@app.route(’/地址2’)
　　　　… …
　　　　def index():
　　　　return “”

4.路由中设置 HTTP 请求方法
　　　　Flask路由也允许设置对应的请求方法(post/get),只有将匹配上请求方法的路径才能交给对应的视图处理函数取处理。所有的路由，默认只接受 get 请求
　　　　@app.route(’/xxx/xxx’,methods=[‘POST’])
　　　　def xxx:
　　　　　　# 该函数只能接受post请求
　　　　pass

@app.route(’/xxx/xxx’,methods=[‘GET’,‘POST’])
　　　　def xxx:
　　　　　　# 该函数既能接受get请求也能接受post请求
　　　　pass

5.URL的反向解析
　　　　正向解析：程序自动解析，根据@app.route()中的访问路径，来匹配处理函数
　　　　反向解析：通过视图处理函数的名称自动生成对应的访问路径

在Flask中要实现反向解析的话需要使用 ：
　　　　　　url_for(funName,args)
　　　　　　funName:要生成地址的函数名
　　　　　　args:该地址中需要的参数

函数：s = url_for(funName,arg1=value1,arg2=value2)

参考文档

Flask中的route
Flask源码解读 — 浅谈Flask基本工作流程
WSGI到底是什么？
你了解什么是Web服务器吗？