Flask源碼閱讀以及WSGI理解

首先要明白web服務(wù)就是一個(gè)解析請(qǐng)求 然后返回響應(yīng)的過(guò)程娇掏。

然后明白wsgi是什么?

一套接口標(biāo)準(zhǔn),用來(lái)實(shí)現(xiàn)在服務(wù)器和python程序之間的轉(zhuǎn)換。使得服務(wù)器和python程序之間能夠交互香嗓。

常見的python 的web程序的架構(gòu)一般是這樣子

Nginx-->(wsgi)gunicorn-->framework-->application
wsgi工作在wsgi服務(wù)器和web服務(wù)器的中間,一般是使用nginx來(lái)進(jìn)行反向代理装畅。然后使用gunicorn來(lái)
當(dāng)wsgi服務(wù)器靠娱。

wsgi的接口是這樣子的:

wsgi_app(environ, start_response)

environ 包含符合wsgi 標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)字典 如下所示:

{'wsgi.url_scheme': 'http', 'HTTP_ACCEPT_ENCODING': 'gzip, deflate, br', 'SCRIPT_NAME': '', 'HTTP_ACCEPT': 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8', 'HTTP_CONNECTION': 'keep-alive', 'REQUEST_METHOD': 'GET', 'SERVER_SOFTWARE': 'Werkzeug/0.12.1', 'HTTP_UPGRADE_INSECURE_REQUESTS': '1', 'SERVER_PROTOCOL': 'HTTP/1.1', 'wsgi.multiprocess': False, 'REMOTE_ADDR': '127.0.0.1', 'QUERY_STRING': 'next=%2F', 'wsgi.run_once': False, 'SERVER_NAME': '127.0.0.1', 'werkzeug.server.shutdown': <function WSGIRequestHandler.make_environ.<locals>.shutdown_server at 0x000000198E7241E0>, 'wsgi.input': <_io.BufferedReader name=828>, 'wsgi.version': (1, 0), 'HTTP_COOKIE': 'UM_distinctid=15c7b3a049547-08fef361539c6f-323f5e0f-144000-15c7b3a049666a; CNZZDATA1262121305=568492071-1496716091-%7C1496716211; csrftoken=ovtMsXELMG8ISgFhdDzqcYJKVParC8ajkCr8Kza6RKQ9reVO3wOiwXuJigTw6Iaa; __wzdbd8a16e4306732acca12=1504512971|1acb4ba715b7; test=tests', 'SERVER_PORT': '5000', 'PATH_INFO': '/login', 'HTTP_ACCEPT_LANGUAGE': 'zh-CN,zh;q=0.8', 'REMOTE_PORT': 64941, 'HTTP_HOST': '127.0.0.1:5000', 'HTTP_USER_AGENT': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 6.3; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/60.0.3112.113 Safari/537.36', 'wsgi.errors': <_io.TextIOWrapper name='<stderr>' mode='w' encoding='UTF-8'>, 'werkzeug.request': <BaseRequest 'http://127.0.0.1:5000/login?next=%2F' [GET]>, 'HTTP_CACHE_CONTROL': 'max-age=0', 'wsgi.multithread': False}


這里的environ就是給了一個(gè)request 定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
start_response 是一個(gè)返回響應(yīng)的函數(shù)掠兄,通過(guò)request來(lái)產(chǎn)生響應(yīng)像云。

那么wsgi服務(wù)器具體做了什么 锌雀,它究竟是干什么的呢?
其實(shí)主要就是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成wsgi格式的 迅诬。具體整個(gè)wsgi后面發(fā)生了什么呢?

wsgi

下面來(lái)閱讀整個(gè)flask框架腋逆。首先要明白的是flask的框架不過(guò)是應(yīng)用和wsgi 之間的一層抽象。
主要提供的功能就是路由綁定 即將路由和具體的執(zhí)行函數(shù)綁定在一起侈贷。

def dispatch_request(self):
    try:
        endpoint, values = self.match_request()
        return self.view_functions[endpoint](**values)
    except HTTPException, e:
        handler = self.error_handlers.get(e.code)
        if handler is None:
            return e
        return handler(e)
    except Exception, e:
        handler = self.error_handlers.get(500)
        if self.debug or handler is None:
            raise
        return handler(e)

這個(gè)函數(shù)根據(jù)相應(yīng)的路由返回對(duì)應(yīng)的響應(yīng)惩歉。

那么在這之前就需要一個(gè)在程序啟動(dòng)一開始就把函數(shù)和路由綁定的方法。


def route(self, rule, **options):
    def decorator(f):
        self.add_url_rule(rule, f.__name__, **options)
        self.view_functions[f.__name__] = f
        return f
    return decorator

這就是flask中的 @app.route 的route俏蛮,使用裝飾器撑蚌,將函數(shù)名字和路由綁定在一起。
比如
@app.route('/test/<int:id>')
def test(id):
    do something 

這里將這個(gè)路由和 test這個(gè)函數(shù)綁定在一起搏屑。這里還有動(dòng)態(tài)參數(shù)這個(gè)概念争涌。即 <>中的部分。這個(gè)依靠
正則表達(dá)式來(lái)獲取值辣恋。

整個(gè)流程就是這樣子的:

例: 瀏覽器--> 請(qǐng)求/test/32--> 經(jīng)過(guò)wsgi服務(wù)器亮垫,environ中有一個(gè)path,上面的那個(gè)dispatch-request函數(shù)來(lái)

從路由字典中尋找 發(fā)現(xiàn) test函數(shù)對(duì)應(yīng)的是 這個(gè)類型的路由抑党。 解析出 動(dòng)態(tài)參數(shù)包警,傳給test函數(shù)。

還有一個(gè)問(wèn)題 有一些任務(wù)是需要在整個(gè)流程前執(zhí)行的底靠,那么需要有這么一種機(jī)制來(lái)進(jìn)行執(zhí)行害晦。

flask 中有這么一個(gè)變量

self.before_request_funcs

用來(lái)保存需要先執(zhí)行的函數(shù)。

def preprocess_request(self):
    for func in self.before_request_funcs:
        rv = func()
        if rv is not None:
            return rv

def wsgi_app(self, environ, start_response):
    with self.request_context(environ):
        rv = self.preprocess_request()
        if rv is None:
            rv = self.dispatch_request()
        response = self.make_response(rv)
        response = self.process_response(response)
        return response(environ, start_response)

可以看到首先是執(zhí)行before_request_funcs這個(gè)字典中的函數(shù)暑中。同理如果有需要在每次請(qǐng)求之后執(zhí)行的

函數(shù)也是這樣子壹瘟,變動(dòng)的是 變成了在每次返回響應(yīng)之前執(zhí)行,即執(zhí)行完具體的路由函數(shù)后鳄逾。

這應(yīng)該是框架最主要的功能〉竟欤現(xiàn)在使用這個(gè)就可以寫web程序了。

但是還有一個(gè)問(wèn)題雕凹,http是無(wú)狀態(tài)的協(xié)議殴俱,如果有多個(gè)用戶登錄網(wǎng)站,如何判斷那個(gè)是那個(gè)呢枚抵?

這時(shí)就需要session 來(lái)實(shí)現(xiàn)了线欲。 用session來(lái)維持會(huì)話,給每個(gè)請(qǐng)求一個(gè)cookie標(biāo)識(shí)汽摹,服務(wù)端通過(guò)這個(gè)

cookie來(lái)判斷那個(gè)是那個(gè)用戶李丰。flask自帶的session都是存在客戶端的,考慮到安全逼泣,使用了加密趴泌。

在服務(wù)端保存一個(gè)密鑰舟舒,每次需要這個(gè)密鑰來(lái)進(jìn)行信息讀取。

flask_login 這個(gè)擴(kuò)展模塊使用了這個(gè)機(jī)制來(lái)進(jìn)行登錄管理嗜憔,通過(guò)保存用戶的id秃励, 可以很清楚的知道具體是那個(gè)

用戶在登錄,對(duì)一些必須登錄的界面也可以很方便的進(jìn)行管理吉捶。使用裝飾器這個(gè)語(yǔ)法糖 寫起來(lái)是這樣子的:

@app.route('/mypost')
@login_reqired
def mypost():
   do something

這樣子就可以對(duì)一些頁(yè)面實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)控制了莺治。

最后還有一個(gè)比較理解的地方,即flask中的上下文帚稠。

Flask中分為請(qǐng)求上下文 requestcontext 和 應(yīng)用上下文 appcontext
這背后的主要實(shí)現(xiàn)是靠:
LocalStack(object):
LocalProxy(object):

這種上下文像threadlocal,各個(gè)線程的對(duì)象 面向其他線程是隔離的床佳。

為什么要這樣子呢滋早?

因?yàn)樵诓l(fā)的時(shí)候如果是多個(gè)線程共享一個(gè)上下文,很容易出現(xiàn)混亂砌们。
這就是對(duì)一些全局的變量進(jìn)行了隔離杆麸。

應(yīng)用上下文的作用

首先 代碼在執(zhí)行的時(shí)候處于兩種狀態(tài),一種是已經(jīng)壓入上下文的一種是沒(méi)壓入的浪感。

所以在執(zhí)行一些操作時(shí)經(jīng)常遇到 不在上下文這樣子的錯(cuò)誤昔头。

上面使用棧實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的原因是因?yàn)镕lask是支持在一個(gè)python進(jìn)程中有多個(gè)應(yīng)用的。

下面來(lái)看這幾類的實(shí)現(xiàn)
首先是聲明兩個(gè)實(shí)例 一個(gè)代表請(qǐng)求上下文 一個(gè)代表應(yīng)用上下文

_request_ctx_stack = LocalStack()
_app_ctx_stack = LocalStack()

然后來(lái)翻看werkzeug的源碼 發(fā)現(xiàn)這幾個(gè)類實(shí)現(xiàn)的很巧妙影兽。
這里面自己實(shí)現(xiàn)了類似 threadlocal 的東西揭斧。
如果有g(shù)reenlet存在則首先使用greenlet
實(shí)現(xiàn)這種隔離就是通過(guò)不同的線程id 不同實(shí)現(xiàn)隔離。

__slots__ = ('__storage__', '__ident_func__')
def __setattr__(self, name, value):
     storage[ident][name] = value

最主要的就是通過(guò)上面幾行代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的峻堰。
通過(guò)不同的線程id 和 來(lái)保存不同的函數(shù)名字讹开,和值對(duì)應(yīng)起來(lái)。

LocalStack 使用local來(lái)實(shí)現(xiàn)棧

def push(self, obj):
    """Pushes a new item to the stack"""
    rv = getattr(self._local, 'stack', None)
    if rv is None:
        self._local.stack = rv = []
    rv.append(obj)
    return rv

local 和 lcoalstack方法都實(shí)現(xiàn)了 __call__ 調(diào)用localproxy捐名。這里是一個(gè)代理模式的最佳實(shí)踐旦万。

ls = Localstack()
ls.push(10) # 還是localstack對(duì)象

proxy = ls() # 變成了localproxy 對(duì)象

幾乎全部的操作都被代理。
使用
_get_current_object 獲取真正的對(duì)象镶蹋。

現(xiàn)在最基本的就差不多完了成艘。但是又出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題。當(dāng)一個(gè)程序開始變得比較大贺归,功能開始繁雜淆两。開始多個(gè)人寫同一個(gè)app,

使用之前的方式在一個(gè)文件中進(jìn)行開發(fā)是很痛苦的事情牧氮。這個(gè)時(shí)候就需要一些方式來(lái)對(duì)其進(jìn)行解耦琼腔。使用一些手段來(lái)進(jìn)行拆分。

這時(shí)藍(lán)圖就出現(xiàn)了踱葛,以一種模塊的方式來(lái)將代碼進(jìn)行解耦丹莲。

官方文檔是這樣說(shuō)明藍(lán)圖的應(yīng)用場(chǎng)景的

* 把一個(gè)應(yīng)用分解為一個(gè)藍(lán)圖的集合光坝。這對(duì)大型應(yīng)用是理想的。一個(gè)項(xiàng)目可以實(shí)例化一個(gè)應(yīng)用對(duì)象甥材,初始化幾個(gè)擴(kuò)展盯另,并注冊(cè)一集合的藍(lán)圖。
* 以 URL 前綴和/或子域名洲赵,在應(yīng)用上注冊(cè)一個(gè)藍(lán)圖鸳惯。 URL 前綴/子域名中的參數(shù)即成為這個(gè)藍(lán)圖下的所有視圖函數(shù)的共同的視圖參數(shù)(默認(rèn)情況下)。
* 在一個(gè)應(yīng)用中用不同的 URL 規(guī)則多次注冊(cè)一個(gè)藍(lán)圖叠萍。
* 通過(guò)藍(lán)圖提供模板過(guò)濾器芝发、靜態(tài)文件、模板和其它功能苛谷。一個(gè)藍(lán)圖不一定要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用或者視圖函數(shù)辅鲸。
* 初始化一個(gè) Flask 擴(kuò)展時(shí),在這些情況中注冊(cè)一個(gè)藍(lán)圖腹殿。

比如一個(gè)網(wǎng)站 一般包含 -->登錄認(rèn)證 api 主頁(yè)面 独悴。。锣尉。各種功能
不使用藍(lán)圖的話就是一堆代碼耦合在一起刻炒,對(duì)控制復(fù)雜度很不利。 使用藍(lán)圖的話
認(rèn)證模塊 使用auth api就使用api 主頁(yè)面使用main 開頭的方法自沧。各自模塊的代碼放在
各自的python文件中坟奥,不同模塊的靜態(tài)文件也放在不同的文件中,管理起來(lái)很方便拇厢。

最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)藍(lán)圖的方法就是對(duì)注冊(cè)的藍(lán)圖直接加上前綴
大概如下

main = register(prefix筏勒,blueprint_folder)
main.add_url_route(prefix+rule, ...)。旺嬉。管行。

總結(jié) :
從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中學(xué)習(xí)到的很重要的一個(gè)概念就是分層。使用合理的層次來(lái)把任務(wù)進(jìn)行劃分邪媳。各層間保存相互獨(dú)立捐顷。
通過(guò)一個(gè)叫SAP(服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn))的東西來(lái)實(shí)現(xiàn)各層間的訪問(wèn)。如上圖雨效,從最下層的Baseserver 到 tcpserver 到httpserver
到wsgiserver 每一層的功能都很明確迅涮,具體要在那一層進(jìn)行任務(wù)只關(guān)心它的下一層就好了。還有很主要的一點(diǎn)徽龟,不管是
一個(gè)概念的出現(xiàn)叮姑,還是一個(gè)新技術(shù)的出現(xiàn)都是前人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的技術(shù)無(wú)法滿足需求,有更好的方法來(lái)解決問(wèn)題,從而出現(xiàn)
了新技術(shù)传透。大部分東西看其本質(zhì)還是那些耘沼。理解好了最根基的那些東西,再出來(lái)什么新的東西不過(guò)是到了一定時(shí)間點(diǎn)正好
該出來(lái)的東西朱盐。有了根基 無(wú)非就是看看就能夠開始使用群嗤。

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