聲明：本文轉(zhuǎn)載自http://cizixs.com/2015/09/21/what-is-a-web-framework
Web 應(yīng)用框架艾扮，簡(jiǎn)稱為 web 框架谒主，是編寫 web 應(yīng)用程序的基石掉盅。不管簡(jiǎn)單的博客系統(tǒng)也拜，還是 Ajax 為主的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)上所有的頁(yè)面都是代碼構(gòu)成的趾痘。進(jìn)來(lái)我發(fā)現(xiàn)慢哈，很多想學(xué)習(xí)諸如 Flask 或者 Django 等 web 框架的開(kāi)發(fā)者，并不很了解 web 框架是什么永票，它們的作用和工作原理卵贱。這篇文章，我將會(huì)講一下這個(gè)通常會(huì)被忽略的話題侣集。希望讀完這篇文章键俱，你能比較深刻地理解 web 框架到底是什么，還有為什么會(huì)有 web 框架世分。這些知識(shí)將有利于你學(xué)習(xí)新的 web 框架编振，而且在選擇 web 框架的時(shí)候有法可依。
WEB 是什么工作的臭埋？
在討論框架之前踪央，我們要先了解一下網(wǎng)頁(yè)是怎么工作。我們就從你在瀏覽器輸入一個(gè)網(wǎng)址瓢阴，摁下 enter 鍵說(shuō)起畅蹂。打開(kāi)你的瀏覽器，輸入 http://jeffknupp.com（譯者注：原作者的個(gè)人網(wǎng)站首頁(yè)）炫掐，我們來(lái)看看你的瀏覽器做了那些事情（DNS 查詢的 buffer 就略過(guò)）魁莉，才能顯示你看到的網(wǎng)頁(yè)。
web servers 和 web … servers …
瀏覽器接接收到的網(wǎng)頁(yè)都是 HTML 文件募胃，HTML 是一種描述網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的語(yǔ)言旗唁。負(fù)責(zé)給瀏覽器發(fā)送 HTML 的程序稱為 web server，容易混淆的是痹束，這個(gè)應(yīng)用程序所在的機(jī)器通常也被稱為 web server检疫。
最重要的一點(diǎn)是，所有的 web 應(yīng)用做的事情就是把 HTML 內(nèi)容發(fā)送給瀏覽器祷嘶。不論這個(gè) web 應(yīng)用有多么復(fù)雜屎媳，最終的任務(wù)都是把 HTML（我故意忽略掉其他格式的內(nèi)容夺溢，比如 JSON，CSS 文件烛谊，因?yàn)樵矶际且粯拥模┌l(fā)送給瀏覽器风响。
問(wèn)題來(lái)了：web 應(yīng)用如何知道要發(fā)送什么內(nèi)容給瀏覽器呢？答案：它會(huì)發(fā)送瀏覽器請(qǐng)求的內(nèi)容丹禀。
HTTP
瀏覽器從 web server 下載內(nèi)容所用的是 HTTP 協(xié)議（協(xié)議在計(jì)算機(jī)科學(xué)中状勤，指的是雙方通信所共同遵循的數(shù)據(jù)格式和通信步驟）。HTTP 協(xié)議的基礎(chǔ)是 請(qǐng)求-應(yīng)答 (request-response) 模型双泪〕炙眩客戶端（你的瀏覽器）請(qǐng)求 某臺(tái)物理機(jī)上 web 應(yīng)用的數(shù)據(jù)，web server 則負(fù)責(zé) 應(yīng)答請(qǐng)求的數(shù)據(jù)焙矛。
有個(gè)重要的事情是：所有的通信都是客戶端（你的瀏覽器）發(fā)起的葫盼。服務(wù)端（web server）是不可能主動(dòng)連接你，發(fā)送沒(méi)有請(qǐng)求的數(shù)據(jù)的村斟。如果你收到了數(shù)據(jù)贫导，只是因?yàn)槟愕臑g覽器主動(dòng)請(qǐng)求了這些數(shù)據(jù)。
HTTP 方法
HTTP 協(xié)議的每條消息都有對(duì)應(yīng)的方法（method）蟆盹，不同的方法對(duì)應(yīng)了客戶端能發(fā)起的不同請(qǐng)求脱盲，也對(duì)應(yīng)了客戶端不同的意圖。比如日缨，請(qǐng)求 網(wǎng)頁(yè)的 HTML 和提交一個(gè)表格在邏輯上是不同的，所以這兩種方法需要兩種不同的方法掖看。
HTTP GET
顧名思義匣距，GET 方法就是從 web server 獲取（get）數(shù)據(jù)哎壳，GET 請(qǐng)求也是目前最常用的 HTTP 請(qǐng)求毅待。 處理 GET 請(qǐng)求的過(guò)程中，web 應(yīng)用只需要返回請(qǐng)求的數(shù)據(jù)归榕，無(wú)需其他操作尸红。尤其是，不應(yīng)該修改應(yīng)用的狀態(tài)（比如刹泄， GET 請(qǐng)求不應(yīng)該導(dǎo)致一個(gè)新用戶被創(chuàng)建）外里。因?yàn)檫@個(gè)原因，GET 請(qǐng)求通常被看做是 安全 的特石。
HTTP POST
和網(wǎng)站的交互盅蝗，明顯不只是查看網(wǎng)頁(yè)的。我們還會(huì)通過(guò)表格等形式發(fā)送數(shù)據(jù)給 web 應(yīng)用姆蘸，這些操作需要用到另外一種請(qǐng)求：POST墩莫。POST 請(qǐng)求通常會(huì)傳遞用戶創(chuàng)建的信息芙委，導(dǎo)致 web 應(yīng)用執(zhí)行某些動(dòng)作。輸入自己的信息狂秦，來(lái)注冊(cè)某個(gè)網(wǎng)站就會(huì)用到 POST 請(qǐng)求灌侣，請(qǐng)求中會(huì)包含你輸入的數(shù)據(jù)。
和 GET 請(qǐng)求不同的是裂问， POST 請(qǐng)求通常會(huì)導(dǎo)致 web 應(yīng)用狀態(tài)的改變侧啼。上面提及的例子中，表單被提交后愕秫，一個(gè)新的用戶會(huì)被創(chuàng)建慨菱。還有一點(diǎn)不同，POST 請(qǐng)求的結(jié)果可能不會(huì)返回 HTML 數(shù)據(jù)給客戶端戴甩，客戶端需要通過(guò) response code 來(lái)判斷操作是否成功符喝。
HTTP response code
正常情況下，web server 會(huì)返回 200 的 response code甜孤，意思是：我已經(jīng)完成了你要我做的事情协饲，并且一切都沒(méi)有問(wèn)題。response code 是三位的數(shù)字缴川，每次應(yīng)答都要包含一個(gè) response code茉稠，來(lái)標(biāo)識(shí)請(qǐng)求的結(jié)果。200 表示 OK把夸，是 GET 方法常見(jiàn)的返回值而线。POST 請(qǐng)求經(jīng)常會(huì)返還 204(No contnet)，表示：一切正常恋日，但是我沒(méi)有數(shù)據(jù)可以展示給你膀篮。
還需要注意的是：POST 請(qǐng)求發(fā)送給的 url，可能和數(shù)據(jù)發(fā)送出去的 url 不同岂膳。繼續(xù)以我們的注冊(cè)頁(yè)面為例誓竿，注冊(cè)表可能位于 http://foo.com/signup，點(diǎn)擊 submit 之后谈截，包含著注冊(cè)數(shù)據(jù)的 POST 請(qǐng)求可能被發(fā)送到 http://foo.com/process_signup筷屡。POST 請(qǐng)求要發(fā)送到的地址，一般在注冊(cè)表格的 HTML 源碼里指定簸喂。
Web 應(yīng)用
掌握 GET 和 POST 方法就能做很多事情毙死，因?yàn)樗鼈兪?web 上最常用的兩個(gè)方法闯参√猎遥總結(jié)一下，web 應(yīng)用就是接收 HTTP 請(qǐng)求乃沙，然后返回 HTTP 應(yīng)答诽表，一般是包含請(qǐng)求數(shù)據(jù)的 HTML唉锌。POST 方法會(huì)導(dǎo)致 web 應(yīng)用執(zhí)行某些動(dòng)作隅肥，例如在數(shù)據(jù)庫(kù)添加一條記錄。當(dāng)然還有其他的 HTTP 方法袄简，但目前我們只需要關(guān)心 GET 和 POST 就足夠啦腥放。
最簡(jiǎn)單的 web 應(yīng)用長(zhǎng)什么樣呢？我們就來(lái)寫一個(gè)監(jiān)聽(tīng)在 80 端口的 web 應(yīng)用绿语，一旦和客戶端建立連接秃症，就等待客戶端發(fā)起請(qǐng)求，并返回非常簡(jiǎn)單的 HTML吕粹。
這個(gè)程序是這樣的：
import socket
HOST = ''
PORT = 80
listen_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("""HTTP/1.1 200 OK
Content-type: text/html
<html>
<body>
<h1>Hello, World!</h1>
</body>
</html>""")
connection.close()
（如果上面的程序報(bào)端口錯(cuò)誤种柑，可以把 PORT 的值修改成其他值，比如 8080匹耕。）
上面的代碼只會(huì)接收一個(gè)連接和一個(gè)請(qǐng)求聚请，不管請(qǐng)求的 URL 是什么，都會(huì)返回同樣的 HTTP 內(nèi)容稳其，response code 是 200驶赏。（很明顯，這不算真正的 web server）既鞠。在這個(gè)例子煤傍，我們告訴客戶端，返回的數(shù)據(jù)格式為 HTML嘱蛋，而不是其他的格式蚯姆，比如 JSON。
request 請(qǐng)求解析
如果看一下上面例子中發(fā)送的 HTTP 請(qǐng)求（譯者注：可以使用 chrome 的 inspect elements -> Network洒敏，或者抓包工具 tcpdump 等工具查看發(fā)送的 HTTP 請(qǐng)求）蒋失，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它和應(yīng)答很相似。請(qǐng)求的第一行是：
<HTTP Method> <URL> <HTTP version>
在這個(gè)例子里就是 GET / HTTP/1.1桐玻。第一行后面跟著的是請(qǐng)求的頭部（headers），比如 Accept: /（表示可以接收任何格式的內(nèi)容作為應(yīng)答）荆萤∧餮ィ基本上就這么多。
我們發(fā)送的應(yīng)答也是類似的格式链韭，第一行是:
<HTTP version> <HTTP Status-Code> <Status-Code Reason-Phrase>
這個(gè)例子中就是 HTTP/1.1 200 OK偏竟。然后是頭部，和請(qǐng)求的頭部一樣敞峭。最后是應(yīng)答的實(shí)際內(nèi)容踊谋。注意：應(yīng)答也可能是字符串或者二進(jìn)制對(duì)象，頭部的 Content-typ 就是來(lái)標(biāo)識(shí)應(yīng)答內(nèi)容旋讹，讓客戶端來(lái)解析的殖蚕。
web server 更多瑣碎的細(xì)節(jié)
要在上面的例子基礎(chǔ)上繼續(xù)擴(kuò)展的話轿衔，還有很多需要我們來(lái)解決的問(wèn)題：
- 怎么查看請(qǐng)求的 URL，然后返回不同的頁(yè)面睦疫？
- 除了 GET 請(qǐng)求害驹，怎么處理 POST 請(qǐng)求？
- 怎么處理很復(fù)雜的概念蛤育，比如 sessions 和 cookies宛官？
- 如何擴(kuò)展這個(gè)應(yīng)用，讓它可以同時(shí)處理數(shù)千條連接瓦糕？
可以想象底洗，沒(méi)人會(huì)愿意每次編寫 web 應(yīng)用的時(shí)候都要自己處理這些問(wèn)題。為了解決這個(gè)難題咕娄，就會(huì)存在很多的軟件包幫你處理這些煩人的細(xì)節(jié)亥揖，讓開(kāi)發(fā)者可以把心思放到業(yè)務(wù)邏輯上。記住谭胚，不管 web 框架多么負(fù)責(zé)徐块，其最核心的功能和我們上面的例子是一樣的：監(jiān)聽(tīng)客戶端請(qǐng)求，然后返回 HTML 給客戶端灾而。
NOTE：客戶端的框架和上面的內(nèi)容迥然不同胡控。
解決兩個(gè)難題：路由（routing）和模板（templates）
在構(gòu)建 web 應(yīng)用的所有的問(wèn)題中，有兩個(gè)比較突出：
- 怎么把請(qǐng)求 URL 和處理它的那部分代碼對(duì)應(yīng)起來(lái)旁趟？
- 怎么動(dòng)態(tài)地生產(chǎn)請(qǐng)求內(nèi)容昼激？包括所有要計(jì)算的值，和從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取的信息锡搜？
每個(gè) web 框架解決這兩個(gè)問(wèn)題的方法都不太相同橙困，我們就舉 Flask 和 Django 的例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。首先耕餐，我們還要來(lái)說(shuō)一下 MVC 模式凡傅。
Django 中的 MVC
Django 采用 MVC 模式， 所以要求使用這個(gè)框架的代碼都遵循這個(gè)模式肠缔。MVC夏跷，是 Model-View-Controller 的縮寫，用來(lái)分離應(yīng)用的不同責(zé)任明未。數(shù)據(jù)庫(kù)表所代表的資源用 models 來(lái)表示槽华，controllers 負(fù)責(zé)應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯和操作 models。Views 則負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)生成代表頁(yè)面的 HTML趟妥。
不過(guò)容易讓人混淆的是猫态，django 中 controllers 被稱作 views，而 views 被稱為 templates。除了命名外亲雪，django 算是比較直接的 MVC 架構(gòu)勇凭。
Django 的路由（routing）機(jī)制
這里說(shuō)的路由（routing）就是把請(qǐng)求的 URL 對(duì)應(yīng)到處理生成相關(guān) HTML 的代碼。最簡(jiǎn)單的例子匆光，所有的請(qǐng)求都是相同的代碼處理（就是我們之前編寫的代碼）套像。復(fù)雜一點(diǎn)呢，每個(gè)的 URL 都對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的 view function终息。比如夺巩，有個(gè)地方的邏輯是接收到 www.foo.com/bar 請(qǐng)求，就把它交給 handle_bar() 函數(shù)處理周崭。我們可以這樣依次編寫出所有 url 對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)柳譬。
不過(guò)，這個(gè)方法有個(gè)致命傷：沒(méi)有辦法處理帶有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的 URL续镇，比如說(shuō)資源的 ID（例如 http://www.foo.com/users/3）美澳。我們?cè)趺窗堰@個(gè) URL 映射到函數(shù)，同時(shí)能傳過(guò)去用戶 ID 信息呢摸航？
Django 采用的方法是利用正則表達(dá)式：用正則表達(dá)式匹配 URL制跟，然后把匹配的數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞給處理函數(shù)。比如酱虎，我可以說(shuō)匹配 ^/users/(?P<id>\d+)/$ 的 URL 會(huì)調(diào)用 display_user(id) 函數(shù)雨膨，其中 id 就是正則表達(dá)式括號(hào)里匹配的內(nèi)容。利用這種方式读串，任何 /users/<some number> 類型的 URL 都能對(duì)應(yīng)到 display_user 函數(shù)聊记，并且正則表達(dá)式可以無(wú)限復(fù)雜，包含任意的關(guān)鍵字和未知參數(shù)恢暖。
Flask 的 路由機(jī)制
Flask 采用的是另外一種方法排监。把 url 對(duì)應(yīng)到函數(shù)參照的是 route() 裝飾器。下面的 Flask 代碼和上面提到的正則表達(dá)式代碼功能相同：
@app.route('/users/<id:int>/')
def display_user(id):
# ...
如你所見(jiàn)杰捂，裝飾器使用的是簡(jiǎn)化版的正則表達(dá)式來(lái)傳遞參數(shù)舆床，參數(shù)被 route 參數(shù)中 <name:type> 的指令捕獲。要路由 /info/about.html 這樣的頁(yè)面嫁佳，就需要 @app.route('/info/about_us.html')挨队。
根據(jù)模板生成 HTML
繼續(xù)上面的例子，一旦我們知道怎么把 URL 對(duì)應(yīng)到邏輯代碼脱拼，那么要怎么動(dòng)態(tài)地生成 HTML，并且方便開(kāi)發(fā)者手動(dòng)編輯呢坷备？Django 和 Flask 兩者這次方法一樣熄浓，那就是 —— HTML 模板。
HTML 模板 有點(diǎn)像 string.format()：預(yù)期的輸出首先要用站位標(biāo)識(shí)，然后再填入動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)赌蔑「┰冢可以把這個(gè)網(wǎng)頁(yè)想象成一個(gè)字符串，里面用括號(hào)標(biāo)識(shí)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)娃惯，最后調(diào)用 str.format() 生成最終的結(jié)果跷乐。Django 的 模板引擎和 Flask 采用的 jinja2 都是這個(gè)原理。
不過(guò)趾浅，并不是所有的模板引擎地位都一樣愕提。Django 的模板只支持簡(jiǎn)單的變成，而 Jinja2 卻能讓你執(zhí)行任意的代碼（當(dāng)然并發(fā)完全可以皿哨，不過(guò)已經(jīng)很近似）浅侨。Jinja2 很會(huì) cache 渲染的結(jié)果，下次有同樣的參數(shù)傳過(guò)來(lái)的時(shí)候证膨，就會(huì)直接從 cache 獲取結(jié)果如输，而不需要重新渲染。
數(shù)據(jù)庫(kù)集成
Django央勒，宣稱“自帶電池”（batteries included）不见，然后也會(huì)包含 ORM（Object Relational Mapper）。ORM 的目的有兩個(gè)：把 python 的類映射到數(shù)據(jù)的表結(jié)構(gòu)崔步，和通過(guò)封裝隱藏不同數(shù)據(jù)庫(kù)之間的差異（第一點(diǎn)是它更主要的功能）稳吮。沒(méi)有人喜歡 ORM（因?yàn)椴煌蛑g的 mapping 從不完美），不過(guò)這些缺點(diǎn)都是可以接受的刷晋。 Django 功能比較全面盖高，F(xiàn)lask 作為一個(gè)微框架，并不自帶 ORM（不過(guò)它很好兼容 SQLAlchemy眼虱，Django ORM 最大的競(jìng)爭(zhēng)者）喻奥。
因?yàn)榘?ORM，Django 能夠創(chuàng)建功能齊全的 CRUD 應(yīng)用捏悬。 CRUD（Create Read Update Delete）是 web 框架（服務(wù)器端）最美好的地方撞蚕，Django 和 Flask-SQLAlchemy 使得 CRUD 操作很直接。
Web 框架總結(jié)
寫到這过牙，web 框架出現(xiàn)的目的也比較明確了：隱藏基礎(chǔ)而又煩人的處理 HTTP 請(qǐng)求和應(yīng)答的代碼甥厦。至于要隱藏多少內(nèi)容，就要看框架啦寇钉。Django 和 Flask 代表了兩個(gè)極端刀疙。Django 每種情況都有涉及，而 Flask 標(biāo)榜自己是“微框架“扫倡，只處理 web 程序最核心的功能谦秧，依賴其他三方插件來(lái)完成其他不常用的工作。
寫了這么多，記住疚鲤，所有的 python web 框架功能方式都一樣：它們接收 HTTP 請(qǐng)求锥累，然后分發(fā)任務(wù)，并生成 HTML集歇，然后返回包含 HTML 的 HTTP 應(yīng)答桶略。事實(shí)上，所有的 server 端框架（除了 Javascript 框架）都是這么工作的诲宇。希望际歼，看完這篇文章，你已經(jīng)知道 web 框架的目的焕窝，也知道怎么去選擇 web 框架啦蹬挺。
