Web框架原理

前提

一个web框架需要包含的组件或者功能有：

1. request and response
2. cookies and session
3. template engine
4. wsgi app and wsgi server

对于所有的Web应用，本质上其实就是一个socket服务端，用户的浏览器其实就是一个socket客户端。

wsgi

首先要了解WSGI的相关知识，如下：

• web server：指的是软件程序，它从客户端接受请求，然后返回一个Response，需要注意的是它不创建Response，web app才是创建Response的主体。
• web app：根据url来创建响应并将响应传回给web server。
• WSGI：是一个规范，描述了web server如何与web app交互、web app如何处理请求，它规定每个app必须是一个可调用的对象（方法或者类），接受两个参数environ和start_response。

实现

web server

environ和start_response都是服务器提供的，所以服务端这边需要提供如下：

1. 准备environ参数；
2. 定义start_response函数；
3. 调用程序端的可调用对象；

代码具体如下（取自PEP 333）：

import os, sys
enc, esc = sys.getfilesystemencoding(), ‘surrogateescape‘def unicode_to_wsgi(u):
    # Convert an environment variable to a WSGI "bytes-as-unicode" string
    return u.encode(enc, esc).decode(‘iso-8859-1‘)def wsgi_to_bytes(s):
    return s.encode(‘iso-8859-1‘)def run_with_cgi(application):
    # environ参数，里面是HTTP请求的环境变量
    environ = {k: unicode_to_wsgi(v) for k,v in os.environ.items()}
    environ[‘wsgi.input‘]        = sys.stdin.buffer
    environ[‘wsgi.errors‘]       = sys.stderr
    environ[‘wsgi.version‘]      = (1, 0)
    environ[‘wsgi.multithread‘]  = False
    environ[‘wsgi.multiprocess‘] = True
    environ[‘wsgi.run_once‘]     = True
    if environ.get(‘HTTPS‘, ‘off‘) in (‘on‘, ‘1‘):
        environ[‘wsgi.url_scheme‘] = ‘https‘
    else:
        environ[‘wsgi.url_scheme‘] = ‘http‘
    headers_set = []
    headers_sent = []    # 将应答的数据输出到终端
    def write(data):
        out = sys.stdout.buffer        if not headers_set:             raise AssertionError("write() before start_response()")        elif not headers_sent:             # Before the first output, send the stored headers
             status, response_headers = headers_sent[:] = headers_set
             out.write(wsgi_to_bytes(‘Status: %s\r\n‘ % status))             for header in response_headers:
                 out.write(wsgi_to_bytes(‘%s: %s\r\n‘ % header))
             out.write(wsgi_to_bytes(‘\r\n‘))
        out.write(data)
        out.flush()    # 根据程序传过来的状态和头部参数设置响应的状态和头部
    def start_response(status, response_headers, exc_info=None):
        if exc_info:            try:                if headers_sent:                    # Re-raise original exception if headers sent
                    raise exc_info[1].with_traceback(exc_info[2])            finally:
                exc_info = None     # avoid dangling circular ref
        elif headers_set:            raise AssertionError("Headers already set!")
        headers_set[:] = [status, response_headers]        return write    # 调用客户端的对象，并且输出返回的结果
    result = application(environ, start_response)    try:        for data in result:            if data:    # don‘t send headers until body appears
                write(data)        if not headers_sent:
            write(‘‘)   # send headers now if body was empty
    finally:        if hasattr(result, ‘close‘):
            result.close()

web app

因为服务端和客户端需要共同遵守WSGI协议内容，所以客户端这边需要使用到服务端提供的environ和start_response，web app需要返回的类型需要是可迭代的。这里分为三种类型的实现，分别是函数，类，实例；

函数

HELLO_WORLD = b"Hello world!\n"# 1. 可调用对象是一个函数def application(environ, start_response):
    # HTTP response code and message
    status = ‘200 OK‘
    # 应答的头部是一个列表，每对键值都必须是一个 tuple。
    response_headers = [(‘Content-Type‘, ‘text/plain‘),
                        (‘Content-Length‘, str(len(HELLO_WORLD)))]    # 调用服务器程序提供的 start_response，填入两个参数
    start_response(status, response_headers)    # 返回必须是 iterable
    return [HELLO_WORLD]

类

# 2. 可调用对象是一个类class AppClass:
    """这里的可调用对象就是 AppClass 这个类，调用它就能生成可以迭代的结果。          使用方法类似于：
        for result in AppClass(env, start_response):
             do_somthing(result)
    """
    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

实例

# 3. 可调用对象是一个实例class AppClass:
    """这里的可调用对象就是 AppClass 的实例，使用方法类似于：
        app = AppClass()
        for result in app(environ, start_response):
             do_somthing(result)
    """
    def __init__(self):
        pass
    def __call__(self, environ, start_response):
        status = ‘200 OK‘
        response_headers = [(‘Content-type‘, ‘text/plain‘)]
        self.start(status, response_headers)        yield HELLO_WORLD