用Python写一个简单的Web框架

时间  2019-12-07
标签 python 一个 简单 web 框架 栏目 Python 繁體版
原文   原文链接

1、概述

在Python中，WSGI（Web Server Gateway Interface）定义了Web服务器与Web应用（或Web框架）之间的标准接口。在WSGI的规范下，各类各样的Web服务器和Web框架均可以很好的交互。html

因为WSGI的存在，用Python写一个简单的Web框架也变得很是容易。然而，同不少其余的强大软件同样，要实现一个功能丰富、健壮高效的Web框架并不是易事；若是您打算这么作，可能使用一个现成的Web框架（如 Django、Tornado、web.py 等）会是更合适的选择。python

本文尝试写一个相似web.py的Web框架。好吧，我认可我夸大其辞了：首先，web.py并不简单；其次，本文只重点实现了 URL调度（URL dispatch）部分。git

2、从demo_app开始

首先，做为一个初步体验，咱们能够借助 wsgiref.simple_server 来搭建一个简单无比（trivial）的Web应用：github

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

from wsgiref.simple_server import make_server, demo_app

httpd = make_server('', 8086, demo_app)
sa = httpd.socket.getsockname()
print 'http://{0}:{1}/'.format(*sa)

# Respond to requests until process is killed
httpd.serve_forever()

运行脚本：web

$ python code.py
http://0.0.0.0:8086/

打开浏览器，输入http://0.0.0.0:8086/后能够看到：一行"Hello world!" 和 众多环境变量值。django

3、WSGI中的application

WSGI中规定：application是一个 可调用对象（callable object），它接受 environ 和 start_response 两个参数，并返回一个 字符串迭代对象。浏览器

其中，可调用对象 包括 函数、方法、类 或者 具备__call__方法的 实例；environ 是一个字典对象，包括CGI风格的环境变量（CGI-style environment variables）和 WSGI必需的变量（WSGI-required variables）；start_response 是一个可调用对象，它接受两个 常规参数（status，response_headers）和 一个 默认参数（exc_info）；字符串迭代对象 能够是 字符串列表、生成器函数 或者 具备__iter__方法的可迭代实例。更多细节参考 Specification Details。服务器

The Application/Framework Side 中给出了一个典型的application实现：markdown

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""application.py"""

def simple_app(environ, start_response):
    """Simplest possible application object"""
    status = '200 OK'
    response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
    start_response(status, response_headers)
    return ['Hello world!\n']

如今用simple_app来替换demo_app：app

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""code.py"""

from wsgiref.simple_server import make_server
from application import simple_app as app

if __name__ == '__main__':
    httpd = make_server('', 8086, app)
    sa = httpd.socket.getsockname()
    print 'http://{0}:{1}/'.format(*sa)

    # Respond to requests until process is killed
    httpd.serve_forever()

运行脚本code.py后，访问http://0.0.0.0:8086/就能够看到那行熟悉的句子：Hello world!

4、区分URL

倒腾了一阵子后，您会发现无论如何改变URL中的path部分，获得的响应都是同样的。由于simple_app只识别host+port部分。

为了对URL中的path部分进行区分处理，须要修改application.py的实现。

首先，改用 类 来实现application：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""application.py"""

class my_app:
    def __init__(self, environ, start_response):
        self.environ = environ
        self.start = start_response

    def __iter__(self):
        status = '200 OK'
        response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
        self.start(status, response_headers)
        yield "Hello world!\n"

而后，增长对URL中path部分的区分处理：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""application.py"""

class my_app:
    def __init__(self, environ, start_response):
        self.environ = environ
        self.start = start_response

    def __iter__(self):
        path = self.environ['PATH_INFO']
        if path == "/":
            return self.GET_index()
        elif path == "/hello":
            return self.GET_hello()
        else:
            return self.notfound()

    def GET_index(self):
        status = '200 OK'
        response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
        self.start(status, response_headers)
        yield "Welcome!\n"

    def GET_hello(self):
        status = '200 OK'
        response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
        self.start(status, response_headers)
        yield "Hello world!\n"

    def notfound(self):
        status = '404 Not Found'
        response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
        self.start(status, response_headers)
        yield "Not Found\n"

修改code.py中的from application import simple_app as app，用my_app来替换simple_app后便可体验效果。

5、重构

上面的代码虽然奏效，可是在编码风格和灵活性方面有不少问题，下面逐步对其进行重构。

一、正则匹配URL

消除URL硬编码，增长URL调度的灵活性：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""application.py"""

import re ##########修改点

class my_app:

    urls = (
        ("/", "index"),
        ("/hello/(.*)", "hello"),
    ) ##########修改点

    def __init__(self, environ, start_response):
        self.environ = environ
        self.start = start_response

    def __iter__(self): ##########修改点
        path = self.environ['PATH_INFO']
        method = self.environ['REQUEST_METHOD']

        for pattern, name in self.urls:
            m = re.match('^' + pattern + '$', path)
            if m:
                # pass the matched groups as arguments to the function
                args = m.groups()
                funcname = method.upper() + '_' + name
                if hasattr(self, funcname):
                    func = getattr(self, funcname)
                    return func(*args)

        return self.notfound()

    def GET_index(self):
        status = '200 OK'
        response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
        self.start(status, response_headers)
        yield "Welcome!\n"

    def GET_hello(self, name): ##########修改点
        status = '200 OK'
        response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
        self.start(status, response_headers)
        yield "Hello %s!\n" % name

    def notfound(self):
        status = '404 Not Found'
        response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
        self.start(status, response_headers)
        yield "Not Found\n"

二、DRY

消除GET_*方法中的重复代码，而且容许它们返回字符串：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""application.py"""

import re

class my_app:

    urls = (
        ("/", "index"),
        ("/hello/(.*)", "hello"),
    )

    def __init__(self, environ, start_response): ##########修改点
        self.environ = environ
        self.start = start_response
        self.status = '200 OK'
        self._headers = []

    def __iter__(self): ##########修改点
        result = self.delegate()
        self.start(self.status, self._headers)

        # 将返回值result（字符串 或者 字符串列表）转换为迭代对象
        if isinstance(result, basestring):
            return iter([result])
        else:
            return iter(result)

    def delegate(self): ##########修改点
        path = self.environ['PATH_INFO']
        method = self.environ['REQUEST_METHOD']

        for pattern, name in self.urls:
            m = re.match('^' + pattern + '$', path)
            if m:
                # pass the matched groups as arguments to the function
                args = m.groups()
                funcname = method.upper() + '_' + name
                if hasattr(self, funcname):
                    func = getattr(self, funcname)
                    return func(*args)

        return self.notfound()

    def header(self, name, value): ##########修改点
        self._headers.append((name, value))

    def GET_index(self): ##########修改点
        self.header('Content-type', 'text/plain')
        return "Welcome!\n"

    def GET_hello(self, name): ##########修改点
        self.header('Content-type', 'text/plain')
        return "Hello %s!\n" % name

    def notfound(self): ##########修改点
        self.status = '404 Not Found'
        self.header('Content-type', 'text/plain')
        return "Not Found\n"

三、抽象出框架

为了将类my_app抽象成一个独立的框架，须要做出如下修改：

  • 剥离出其中的具体处理细节：urls配置 和 GET_*方法（改为在多个类中实现相应的GET方法）
  • 把方法header实现为类方法（classmethod），以方便外部做为功能函数调用
  • 改用 具备__call__方法的 实例 来实现application

修改后的application.py（最终版本）：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""application.py"""

import re

class my_app:
    """my simple web framework"""

    headers = []

    def __init__(self, urls=(), fvars={}):
        self._urls = urls
        self._fvars = fvars

    def __call__(self, environ, start_response):
        self._status = '200 OK' # 默认状态OK
        del self.headers[:] # 清空上一次的headers

        result = self._delegate(environ)
        start_response(self._status, self.headers)

        # 将返回值result（字符串 或者 字符串列表）转换为迭代对象
        if isinstance(result, basestring):
            return iter([result])
        else:
            return iter(result)

    def _delegate(self, environ):
        path = environ['PATH_INFO']
        method = environ['REQUEST_METHOD']

        for pattern, name in self._urls:
            m = re.match('^' + pattern + '$', path)
            if m:
                # pass the matched groups as arguments to the function
                args = m.groups()
                funcname = method.upper() # 方法名大写（如GET、POST）
                klass = self._fvars.get(name) # 根据字符串名称查找类对象
                if hasattr(klass, funcname):
                    func = getattr(klass, funcname)
                    return func(klass(), *args)

        return self._notfound()

    def _notfound(self):
        self._status = '404 Not Found'
        self.header('Content-type', 'text/plain')
        return "Not Found\n"

    @classmethod
    def header(cls, name, value):
        cls.headers.append((name, value))

对应修改后的code.py（最终版本）：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""code.py"""

from application import my_app

urls = (
    ("/", "index"),
    ("/hello/(.*)", "hello"),
)

wsgiapp = my_app(urls, globals())

class index:
    def GET(self):
        my_app.header('Content-type', 'text/plain')
        return "Welcome!\n"

class hello:
    def GET(self, name):
        my_app.header('Content-type', 'text/plain')
        return "Hello %s!\n" % name

if __name__ == '__main__':
    from wsgiref.simple_server import make_server
    httpd = make_server('', 8086, wsgiapp)

    sa = httpd.socket.getsockname()
    print 'http://{0}:{1}/'.format(*sa)

    # Respond to requests until process is killed
    httpd.serve_forever()

固然，您还能够在code.py中配置更多的URL映射，并实现相应的类来对请求做出响应。

6、参考

本文主要参考了 How to write a web framework in Python（做者 anandology 是web.py代码的两位维护者之一，另外一位则是大名鼎鼎却英年早逝的 Aaron Swartz），在此基础上做了一些调整和修改，并掺杂了本身的一些想法。

若是您还以为意犹未尽，Why so many Python web frameworks? 也是一篇很好的文章，也许它会让您对Python中Web框架的敬畏之心荡然无存:-)

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