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Web 應(yīng)用框架校读，或者簡單的說是“Web 框架”，其實(shí)是建立 web 應(yīng)用的一種方式祖能。從簡單的博客系統(tǒng)到復(fù)雜的富 AJAX 應(yīng)用歉秫，web 上每個(gè)頁面都是通過寫代碼來生成的。我發(fā)現(xiàn)很多人都熱衷于學(xué)習(xí) web 框架技術(shù)养铸，例如 Flask 或這 Django 之類的雁芙，但是很多人并不理解什么是 web 框架，或者它們是如何工作的钞螟。這篇文章中兔甘，我將探索反復(fù)被忽略的 web 框架基礎(chǔ)的話題。閱讀完這篇文章鳞滨，你應(yīng)該首先對(duì)什么是 web 框架以及它們?yōu)槭裁磿?huì)存在有更深的認(rèn)識(shí)洞焙。這會(huì)讓你學(xué)習(xí)一個(gè)新的 web 框架變得簡單的多，還會(huì)讓你在使用不同的框架的時(shí)候做個(gè)明知的選擇太援。
Web 如何工作的闽晦？
在我們討論框架之前，我們需要理解 Web 如何“工作”的提岔。為此仙蛉，我們將深入挖掘你在瀏覽器里輸入一個(gè) URL 按下 Enter 之后都發(fā)生了什么。在你的瀏覽器中打開一個(gè)新的標(biāo)簽碱蒙，瀏覽http://www.jeffknupp.com我們討論為了顯示這個(gè)頁面荠瘪，瀏覽器都做了什么事情（不關(guān)心 DNS 查詢）。
Web 服務(wù)器
每個(gè)頁面都以 HTML 的形式傳送到你的瀏覽器中赛惩，HTML 是一種瀏覽器用來描述頁面內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的語言哀墓。那些負(fù)責(zé)發(fā)送 HTML 到瀏覽器的應(yīng)用稱之為“Web 服務(wù)器”，會(huì)讓你迷惑的是喷兼，這些應(yīng)用運(yùn)行的機(jī)器通常也叫做 web 服務(wù)器篮绰。
然而，最重要的是要理解季惯，到最后所有的 web 應(yīng)用要做的事情就是發(fā)送 HTML 到瀏覽器吠各。不管應(yīng)用的邏輯多么復(fù)雜，最終的結(jié)果總是將 HTML 發(fā)送到瀏覽器（我故意將應(yīng)用可以響應(yīng)像 JSON或者 CSS等不同類型的數(shù)據(jù)忽略掉勉抓，因?yàn)樵诟拍钌鲜窍嗤模?/p>
web 應(yīng)用如何知道發(fā)送什么到瀏覽器呢贾漏？它發(fā)送瀏覽器請(qǐng)求的任何東西。
HTTP
瀏覽器從 web 服務(wù)器（或者叫應(yīng)用服務(wù)器）上使用 HTTP 協(xié)議下載網(wǎng)站藕筋，HTTP 協(xié)議是基于一種 請(qǐng)求-響應(yīng)（request-response）模型的纵散。客戶端（你的瀏覽器）從運(yùn)行在物理機(jī)器上的 web 應(yīng)用請(qǐng)求數(shù)據(jù)，web 應(yīng)用反過來對(duì)你的瀏覽器請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)伍掀。
重要的一點(diǎn)是掰茶，要記住通信總是由客戶端（你的瀏覽器）發(fā)起的，服務(wù)器（也就是 web 服務(wù)器）沒有辦法創(chuàng)建一個(gè)鏈接硕盹，發(fā)送沒有經(jīng)過請(qǐng)求的數(shù)據(jù)給你的瀏覽器符匾。如果你從 web 服務(wù)器上接收到數(shù)據(jù)，一定是因?yàn)槟愕臑g覽器顯示地發(fā)送了請(qǐng)求瘩例。
HTTP Methods
在 HTTP 協(xié)議中，每條報(bào)文都關(guān)聯(lián)方法（method 或者 verb）甸各，不同的 HTTP 方法對(duì)應(yīng)客戶端可以發(fā)送的邏輯上不同類型的請(qǐng)求垛贤，反過來也代表了客戶端的不同意圖。例如趣倾，請(qǐng)求一個(gè) web 頁面的 HTML聘惦，與提交一個(gè)表單在邏輯上是不同的，所以這兩種行為就需要使用不同的方法儒恋。
HTTP GET
GET 方法就像其聽起來的那樣善绎，從 web 服務(wù)器上 get（請(qǐng)求）數(shù)據(jù)。GET 請(qǐng)求是到目前位置最常見的一種 HTTP 請(qǐng)求诫尽，在一次 GET 請(qǐng)求過程中禀酱，web 應(yīng)用對(duì)請(qǐng)求頁面的 HTML 進(jìn)行響應(yīng)之外，就不需要做任何事情了牧嫉。特別的剂跟，web 應(yīng)用在 GET 請(qǐng)求的結(jié)果中，不應(yīng)該改變應(yīng)用的狀態(tài)（比如酣藻，不能基于 GET 請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)新帳號(hào)）曹洽。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，GET 請(qǐng)求通常認(rèn)為是“安全”的辽剧，因?yàn)樗麄儾粫?huì)導(dǎo)致應(yīng)用的改變送淆。
HTTP POST
顯然，除了簡單的查看頁面之外怕轿，應(yīng)該還有更多與網(wǎng)站進(jìn)行交互的操作偷崩。我們也能夠向應(yīng)用發(fā)送數(shù)據(jù)，例如通過表單撤卢。為了達(dá)到這樣的目的环凿，就需要一種不同類型的請(qǐng)求方法：POST。POST 請(qǐng)求通常攜帶由用戶輸入的數(shù)據(jù)放吩，web 應(yīng)用收到之后會(huì)產(chǎn)生一些行為智听。通過在表單里輸入你的信息登錄一個(gè)網(wǎng)站，就是 POST 表單的數(shù)據(jù)給 web 應(yīng)用的。
不同于 GET 請(qǐng)求到推，POST 請(qǐng)求通常會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用狀態(tài)的改變考赛。在我們的例子中，當(dāng)表單 POST 之后莉测，一個(gè)新的賬戶被創(chuàng)建颜骤。不同于 GET 請(qǐng)求，POST 請(qǐng)求不總是生成一個(gè)新的 HTML 頁面發(fā)送到客戶端捣卤，而是客戶端使用響應(yīng)的響應(yīng)碼（response code
）來決定對(duì)應(yīng)用的操作是否成功忍抽。
HTTP Response Codes
通常來說，web 服務(wù)器返回 200 的響應(yīng)碼董朝，意思是鸠项，“我已經(jīng)完成了你要求我做的事情，一切都正匙咏”祟绊。響應(yīng)碼總是一個(gè)三位數(shù)字的代號(hào)，web 應(yīng)用在每個(gè)響應(yīng)的同時(shí)都發(fā)送一個(gè)這樣的代號(hào)哥捕，表明給定的請(qǐng)求的結(jié)果牧抽。響應(yīng)碼 200 字面意思是“OK”，是響應(yīng)一個(gè) GET 請(qǐng)求大多情況下都使用的代號(hào)遥赚。然而對(duì)于 POST 請(qǐng)求扬舒， 可能會(huì)有 204（“No Content”）發(fā)送回來，意思是“一切都正常鸽捻，但是我不準(zhǔn)備向你顯示任何東西”呼巴。
POST 請(qǐng)求仍然會(huì)發(fā)送一個(gè)特殊的 URL，這個(gè) URL 可能和提交數(shù)據(jù)的頁面不同御蒲，意識(shí)這一點(diǎn)是至關(guān)重要的衣赶。還是以我們的登錄為例，表單可能是在 www.foo.com/signup
頁面厚满，然而點(diǎn)擊 submit
府瞄，可能會(huì)導(dǎo)致帶有表單數(shù)據(jù)的 POST 請(qǐng)求發(fā)送到 www.foo.com/process_sigup
上。POST 請(qǐng)求要發(fā)送的位置在表單的 HTML 中有特別標(biāo)明碘箍。
Web 應(yīng)用
你可以僅僅使用 HTTP GET 和 POST 做很多事情遵馆。一個(gè)應(yīng)用程序負(fù)責(zé)去接收一個(gè) HTTP 請(qǐng)求，同時(shí)給以 HTTP 響應(yīng)丰榴，通常包含了請(qǐng)求頁面的 HTML货邓。POST 請(qǐng)求會(huì)引起 web 應(yīng)用做出一些行為，可能是往數(shù)據(jù)庫中添加一條記錄這樣的四濒。還有很多其它的 HTTP 方法换况，但是我們目前只關(guān)注 GET 和 POST职辨。
那么最簡單的 web 應(yīng)用是什么樣的呢？我們可以寫一個(gè)應(yīng)用戈二，讓它一直監(jiān)聽 80 端口（著名的 HTTP 端口舒裤，幾乎所有 HTTP 都發(fā)送到這個(gè)端口上）。一旦它接收到等待的客戶端發(fā)送的請(qǐng)求連接觉吭，然后它就會(huì)回復(fù)一些簡單的 HTML腾供。
下面是程序的代碼：
import socketHOST = ''PORT = 80listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)listen_socket.bind((HOST, PORT))listen_socket.listen(1)connection, address = listen_socket.accept()request = connection.recv(1024)connection.sendall(b"""HTTP/1.1 200 OKContent-type: text/html
Hello, World!
""")connection.close()
（如果上面的代碼不工作，試著將 PORT 改為類似 8080 這樣的端口鲜滩。）
這個(gè)代碼接收簡單的鏈接和簡單的請(qǐng)求伴鳖，不管請(qǐng)求的 URL 是什么，它都會(huì)響應(yīng) HTTP 200（所以绒北，這不是一個(gè)真正意義上的 web 服務(wù)器）黎侈。Content-type:text/html
行代碼的是 header 字段，header 用來提供請(qǐng)求或者響應(yīng)的元信息闷游。這樣，我們就告訴了客戶端接下來的數(shù)據(jù)是 HTML贴汪。
請(qǐng)求的剖析
如果看一下測試上面程序的 HTTP 請(qǐng)求脐往，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它和 HTTP 響應(yīng)非常類似。第一行
扳埂，在這個(gè)例子中是 GET / HTTP/1.0
业簿。第一行之后就是一些類似Accept:/
這樣的頭（意思是我們希望在響應(yīng)中接收任何內(nèi)容）。
我們響應(yīng)和請(qǐng)求有著類似的第一行阳懂，格式是
梅尤，在外面的例子中是HTTP/1.1 200 OK
。接下來是頭部岩调，與請(qǐng)求的頭部有著相同的格式巷燥。最后是響應(yīng)的實(shí)際包含的內(nèi)容。注意号枕，這會(huì)被解釋為一個(gè)字符串或者二進(jìn)制文件缰揪，Content-type頭告訴客戶端怎樣去解釋響應(yīng)。
Web 服務(wù)器之殤
如果我們繼續(xù)以上面的例子為基礎(chǔ)建立 web 應(yīng)用葱淳，我們還需要解決很多問題：
我們怎樣檢測請(qǐng)求的 URL 以及返回正確的頁面钝腺？
除了簡單的 GET 請(qǐng)求之外我們?nèi)绾翁幚?POST 請(qǐng)求？
我們?nèi)绾卫斫飧呒?jí)的概念赞厕，如 session 和 cookie艳狐？
我們?nèi)绾螖U(kuò)展程序以使其處理上千個(gè)并發(fā)連接？
就像你想的那樣皿桑，沒有人愿意每次建立一個(gè) web 應(yīng)用都要解決這些問題毫目。正是這個(gè)原因蔬啡，就有處理 HTTP 協(xié)議本身和有效解決上面問題的辦法的包存在。然而蒜茴，記住了星爪，它們的核心功能和我們的例子是相同的：監(jiān)聽請(qǐng)求，帶有一些 HTML 發(fā)回 HTTP 響應(yīng)粉私。
解決兩大問題：路由和模板
圍繞建立 web 應(yīng)用的所有問題中顽腾，兩個(gè)問題尤其突出：
我們?nèi)绾螌⒄?qǐng)求的 URL 映射到處理它的代碼上？
我們怎樣動(dòng)態(tài)地構(gòu)造請(qǐng)求的 HTML 返回給客戶端诺核，HTML 中帶有計(jì)算得到的值或者從數(shù)據(jù)庫中取出來的信息抄肖？
每個(gè) web 框架都以某種方法來解決這些問題，也有很多不同的解決方案窖杀。用例子來說明更容易理解漓摩，所以我將針對(duì)這些問題討論 Django 和 Flask 的解決方案。但是入客，首先我們還需要簡單討論一下 MVC 管毙。
Django 中的 MVC
Django 充分利用 MVC 設(shè)計(jì)模式。 MVC桌硫，也就是Model-View-Controller （模型-視圖-控制器）夭咬，是一種將應(yīng)用的不同功能從邏輯上劃分開。models 代表的是類似數(shù)據(jù)庫表的資源（與 Python 中用class來對(duì)真實(shí)世界目標(biāo)建模使用的方法大體相同）铆隘。controls 包括應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯卓舵，對(duì) models 進(jìn)行操作。為了動(dòng)態(tài)生成代表頁面的 HTML膀钠，需要 views 給出所有要?jiǎng)討B(tài)生成頁面的 HTML 的信息掏湾。
在 Django 中有點(diǎn)讓人困惑的是，controllers 被稱做 views肿嘲，而 views 被稱為 templates融击。除了名字上的有點(diǎn)奇怪，Django 很好地實(shí)現(xiàn)了 MVC 的體系架構(gòu)睦刃。
Django 中的路由
路由是處理請(qǐng)求 URL 到負(fù)責(zé)生成相關(guān)的 HTML 的代碼之間映射的過程砚嘴。在簡單的情形下，所有的請(qǐng)求都是有相同的代碼來處理（就像我們之前的例子那樣）涩拙。變得稍微復(fù)雜一點(diǎn)际长，每個(gè) URL 對(duì)應(yīng)一個(gè) view function 。舉例來說兴泥，如果請(qǐng)求 www.foo.com/bar
這樣的 URL工育，調(diào)用 handler_bar()
這樣的函數(shù)來產(chǎn)生響應(yīng)。我們可以建立這樣的映射表搓彻，枚舉出我們應(yīng)用支持的所有 URL 與它們相關(guān)的函數(shù)如绸。
然而嘱朽，當(dāng) URL 中包含有用的數(shù)據(jù)，例如資源的 ID（像這樣 www.foo.com/users/3/
） 怔接，那么這種方法將變得非常臃腫搪泳。我們?nèi)绾螌?URL 映射到一個(gè) view 函數(shù)，同時(shí)如何利用我們想顯示 ID 為 3 的用戶扼脐？
Django 的答案是岸军，將 URL 正則表達(dá)式映射到可以帶參數(shù)的 view 函數(shù)。例如瓦侮，我假設(shè)匹配^/users/(?P\d+)/$
的 URL 調(diào)用 display_user(id)
這樣的函數(shù)艰赞，這兒參數(shù) id 是正則表達(dá)式中匹配的 id。這種方法肚吏，任何 /users//
這樣的 URL 都會(huì)映射到 display_user
函數(shù)方妖。這些正則表達(dá)式可以非常復(fù)雜，包含關(guān)鍵字和參數(shù)罚攀。
Flask 中的路由
Flask 采取了一點(diǎn)不同的方法党觅。將一個(gè)函數(shù)和請(qǐng)求的 URL 關(guān)聯(lián)起來的標(biāo)準(zhǔn)方法是通過使用 route()
裝飾器。下面是 Flask 代碼斋泄，在功能上和上面正則表達(dá)式方法相同：
@app.route('/users//')def display_user(id): # ...
就像你看到的這樣仔役，裝飾器使用幾乎最簡單的正則表達(dá)式的形式來將 URL 映射到參數(shù)。通過傳遞給route()
的 URL 中包含的
指令是己，可以提取到參數(shù)。路由像 /info/about_us.html
這樣的靜態(tài) URL任柜，可以像你預(yù)想的這樣 @app.route('/info/about_us.html')
處理卒废。
通過 Templates 產(chǎn)生 HTML
繼續(xù)上面的例子，一旦我們有合適的代碼映射到正確的 URL宙地，我們?nèi)绾蝿?dòng)態(tài)生成 HTML摔认？對(duì)于 Django 和 Flask，答案都是通過HTML Templating宅粥。
HTML Templating 和使用 str.format()
類似：需要?jiǎng)討B(tài)輸出值的地方使用占位符填充参袱，這些占位符后來通過 str.format()
函數(shù)用參數(shù)替換掉。想象一下秽梅，整個(gè) web 頁面就是一個(gè)字符串抹蚀，用括號(hào)標(biāo)明動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的位置，最后再調(diào)用 str.format()
企垦。Django 模板和 Flask 使用的模板引擎 Jinja2 都使用的是這種方法环壤。
然而，不是所有的模板引擎都能相同的功能钞诡。Django 支持在模板里基本的編程郑现，而 Jinja2 只能讓你執(zhí)行特定的代碼（不是真正意義上的代碼湃崩，但也差不多）。Jinja2 可以緩存渲染之后的模板接箫，讓接下來具有相同參數(shù)的請(qǐng)求可以直接從緩存中返回結(jié)果攒读，而不是用再次花大力氣渲染。
數(shù)據(jù)庫交互
Django 有著“功能齊全”的設(shè)計(jì)哲學(xué)辛友，其中包含了一個(gè) ORM(ObjectRealationalMapper薄扁，對(duì)象關(guān)系映射)，ORM 的目的有兩方面：一是將 Python 的 class 與數(shù)據(jù)庫表建立映射瞎领，而是剝離出不同數(shù)據(jù)庫引擎直接的差異泌辫。沒人喜歡 ORM，因?yàn)樵诓煌挠蛑g映射永遠(yuǎn)不完美九默，然而這還在承受范圍之內(nèi)震放。Django 是功能齊全的，而 Flask 是一個(gè)微框架驼修，不包括 ORM殿遂，盡管它對(duì) SQLAlchemy 兼容性非常好，SQLAlchemy 是 Django ORM 的最大也是唯一的競爭對(duì)手乙各。
內(nèi)嵌 ORM 讓 Django 有能力創(chuàng)建一個(gè)功能豐富的 CRUD 應(yīng)用墨礁，從服務(wù)器端角度來看，CRUD（CreateReadUpdateDelete）應(yīng)用非常適合使用 web 框架技術(shù)耳峦。Django 和 Flask-SQLchemy 可以直接對(duì)每個(gè) model 進(jìn)行不同的 CRUD 操作恩静。
再談 web 框架
到現(xiàn)在為止，web 框架的目的應(yīng)該非常清晰了：向程序員隱藏了處理 HTTP 請(qǐng)求和響應(yīng)相關(guān)的基礎(chǔ)代碼蹲坷。至于隱藏多少這取決于不同的框架驶乾，Django 和 Flask 走向了兩個(gè)極端：Django 包括了每種情形，幾乎成了它致命的一點(diǎn)循签；Flask 立足于“微框架”级乐，僅僅實(shí)現(xiàn) web 應(yīng)用需要的最小功能，其它的不常用的 web 框架任務(wù)交由第三方庫來完成县匠。
但是最后要記住的是风科，Python web 框架都以相同的方式工作的：它們接收 HTTP 請(qǐng)求，分派代碼乞旦，產(chǎn)生 HTML贼穆，創(chuàng)建帶有內(nèi)容的 HTTP 響應(yīng)。事實(shí)上杆查，所有主流的服務(wù)器端框架都以這種方式工作的（ JavaScript 框架除外）扮惦。但愿了解了這些框架的目的，你能夠在不同的框架之間選擇適合你應(yīng)用的框架進(jìn)行開發(fā)亲桦。
