如何理解WEB開發(fā)中的PythonWSGI協(xié)議-創(chuàng)新互聯(lián)

今天就跟大家聊聊有關(guān)如何理解WEB開發(fā)中的Python WSGI協(xié)議，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，希望大家根據(jù)這篇文章可以有所收獲。

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Web應(yīng)用程序開發(fā)

Web應(yīng)用程序的本質(zhì)是什么

簡單描述Web應(yīng)用程序的本質(zhì)，就是我們通過瀏覽器訪問互聯(lián)網(wǎng)上指定的網(wǎng)頁文件展示到瀏覽器上。

流程如下圖:

從更深層次一點(diǎn)的技術(shù)角度來看，由以下幾個(gè)步驟：

• 瀏覽器，將要請求的內(nèi)容按照HTTP協(xié)議發(fā)送服務(wù)端

• 服務(wù)端，根據(jù)請求內(nèi)容找到指定的HTML頁面

• 瀏覽器，解析請求到的HTML內(nèi)容展示出來

HTTP協(xié)議的全稱是HyperText Transfer Protocol（超文本傳輸協(xié)議）

HTTP協(xié)議是我們常用的五層協(xié)議中的應(yīng)用層(5層從上到下是應(yīng)用層，傳輸層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層，物理層)，HTTP協(xié)議中協(xié)定的內(nèi)容稱之為消息，消息主要包括消息頭——Header和消息體——Body。

客戶端請求時(shí)的消息稱為Request，服務(wù)端響應(yīng)時(shí)的消息稱為Response.

Header：包括請求方法，HTTP版本，URI，狀態(tài)碼，COOKIE等

Body：是響應(yīng)或者請求時(shí)的內(nèi)容，包含HTML,CSS,JS等

HTTP協(xié)議這里就不做過多的描述，可以到點(diǎn)擊這里深入了解HTTP協(xié)議

HTML的全稱是Hyper Text Markup Language（超文本標(biāo)記語言）

簡單點(diǎn)說，HTML 是一種由不同元素組成的標(biāo)記語言，它定義了網(wǎng)頁內(nèi)容的含義和結(jié)構(gòu)，所有我們在瀏覽器中看到的內(nèi)容都是由一個(gè)一個(gè)的元素組成。除 HTML 以外的其它技術(shù)則通常用來描述一個(gè)網(wǎng)頁的表現(xiàn)與展示效果（如 CSS），或功能與行為（如 JavaScript）。

WEB開發(fā)的歷程

靜態(tài)開發(fā)

直接將寫好的HTML頁面放在服務(wù)器上，然后直接通過瀏覽器訪問指定服務(wù)器的文件。

動(dòng)態(tài)開發(fā)

隨著我們的需求變化單獨(dú)使用靜態(tài)開發(fā)已經(jīng)不能完全滿足我們。
例如我們查看的頁面只有部分內(nèi)容會(huì)變化，那我們再去開發(fā)相同的頁面。
一是開發(fā)上是一種重復(fù)工作，完全是一種浪費(fèi)。
二是數(shù)據(jù)量變化巨大時(shí)，完全是跟不上速度，并且數(shù)據(jù)變化也不是定時(shí)更新。
為了應(yīng)對這種問題，動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)也就誕生了。早期的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)是CGI
CGI全稱：Common Gateway Interface，通用網(wǎng)關(guān)接口，它是一段程序，運(yùn)行在服務(wù)器上如：HTTP 服務(wù)器，
提供同客戶端 HTML 頁面的接口。
CGI 程序可以是 Python 腳本，PERL 腳本，SHELL 腳本，C 或者 C++ 程序等。
各種編程語言也針對動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)給出不同的解決方案，JAVA的servlet，Python的WSGI協(xié)議等。

Python的WSGI協(xié)議也是我們本章要講的內(nèi)容

CGI流程

WSGI的流程

什么是WSGI

WSGI全稱是Web Server Gateway Interface，其主要作用是Web服務(wù)器與Python Web應(yīng)用程序或框架之間的建議標(biāo)準(zhǔn)接口，以促進(jìn)跨各種Web服務(wù)器的Web應(yīng)用程序可移植性。

WSGI并不是框架而只是一種協(xié)議，我們可以將WSGI協(xié)議分成三個(gè)組件Application，Server，Middleware和協(xié)議中傳輸?shù)膬?nèi)容。

將這三個(gè)組件對映射到我們具體使用的組件是：

Server：常用的有uWSGI，gunicorn等

Application：Django，F(xiàn)lask等

Middleware： Flask等框架中的裝飾器

點(diǎn)擊這里查看官方關(guān)于WSGI協(xié)議的定義

組件Application

應(yīng)用程序，是一個(gè)可重復(fù)調(diào)用的可調(diào)用對象，在Python中可以是一個(gè)函數(shù)，也可以是一個(gè)類，如果是類的話要實(shí)現(xiàn)__call__方法，要求這個(gè)可調(diào)用對象接收2個(gè)參數(shù)，返回一個(gè)內(nèi)容結(jié)果

接收的2個(gè)參數(shù)分別是environ和start_response。

• environ是web服務(wù)器解析HTTP協(xié)議的一些信息，例如請求方法，請求URI等信息構(gòu)成的一個(gè)Dict對象。

• start_response是一個(gè)函數(shù)，接收2個(gè)參數(shù)，一個(gè)是HTTP狀態(tài)碼，一個(gè)HTTP消息中的響應(yīng)頭。

依照官方提供的示例用函數(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序

def simple_app(environ, start_response):
 """Simplest possible application object"""
 status = '200 OK'
 response_headers = [('Content-type', 'text/plain; charset=utf-8')]
 start_response(status, response_headers)
 
 return_body = []
 
 for key, value in environ.items():
 return_body.append("{} : {}".format(key, value))
 
 return_body.append("\nHello WSGI!")
 # 返回結(jié)果必須是bytes
 return ["\n".join(return_body).encode("utf-8")]

組件Server

Web服務(wù)器，主要是實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換，將網(wǎng)絡(luò)請求中的信息，按照HTTP協(xié)議將內(nèi)容拿出，同時(shí)按照WSGI協(xié)議組裝成新的數(shù)據(jù)，同時(shí)將提供的start_response傳遞給Application。最后接收Application返回的內(nèi)容，按照WSGI協(xié)議解析出。最終按照HTTP協(xié)議組織好內(nèi)容返回就完成了一次請求。

Server操作的步驟如下：

1. 根據(jù)HTTP協(xié)議內(nèi)容構(gòu)建envrion

2. 提供一個(gè)start_response函數(shù)，接收HTTP STATU 和 HTTP HEADER

3. 將envrion和start_response作為參數(shù)調(diào)用Application

4. 接收Application返回的結(jié)果

5. 按照HTTP協(xié)議，順序?qū)懭際TTP響應(yīng)頭（start_response接收），HTTP響應(yīng)體（Application返回結(jié)果）

下面這個(gè)是pep3333協(xié)議中的一個(gè)server例子，按照CGI請求的方式來實(shí)現(xiàn)。

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):
	# 按照WSGI協(xié)議，構(gòu)建environ內(nèi)容
	# 1類 CGI相關(guān)的變量，此腳本就是用于cgi執(zhí)行，所以前面的web服務(wù)器已經(jīng)將CGI變量封裝好，這里直接使用
 environ = {k: unicode_to_wsgi(v) for k,v in os.environ.items()}
 # 2類 wsgi定義的變量
 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 = []
 def write(data):
	 # 將內(nèi)容返回
 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()
	
	
 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]
 # Note: error checking on the headers should happen here,
 # *after* the headers are set. That way, if an error
 # occurs, start_response can only be re-called with
 # exc_info set.
 return write
	
	# 將上面處理的參數(shù)交給應(yīng)用程序
 result = application(environ, start_response)
 try:
	 # 將請求到的結(jié)果寫回。
 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()

組件Middleware

中間件，可以理解為對應(yīng)用程序的一組裝飾器。

在應(yīng)用程序端看來，它可以提供一個(gè)類start_response函數(shù)，可以想start_response函數(shù)一樣接收HTTP STATU和Headers；和environ。

在服務(wù)端看來，他可以接收2個(gè)參數(shù)，并且可以返回一個(gè)類Application對象。

下面看一個(gè)例子，記錄每次請求的消耗時(shí)間：

import time
class ResponseTimingMiddleware(object):
 """記錄請求耗時(shí)"""
 def __init__(self, app):
 self.app = app
 def __call__(self, environ, start_response):
 start_time = time.time()
 response = self.app(environ, start_response)
 response_time = (time.time() - start_time) * 1000
 timing_text = "記錄請求耗時(shí)中間件輸出\n\n本次請求耗時(shí): {:.10f}ms \n\n\n".format(response_time)
 response.append(timing_text.encode('utf-8'))
 return response

協(xié)議內(nèi)容

重點(diǎn)看environ有哪些內(nèi)容，這里面才是瀏覽器每次請求時(shí)的信息。再深入一點(diǎn)探索，就是HTTP請求消息中的請求頭和請求體都是怎么定義及怎么回去的。

environ是一個(gè)字典，environ中要包含CGI定義的變量，主要是將HTTP協(xié)議中的內(nèi)容，比如請求方法，POST/GET，請求URI等，另外是WSGI協(xié)議自己定義的變量，比如請求body中要讀取的信息等。列一下主要變量項(xiàng)如下：

CGI相關(guān)變量

變量說明REQUEST_METHODPOST,GET等,HTTP請求的動(dòng)詞標(biāo)識(shí)SERVER_PROTOCOL服務(wù)器運(yùn)行的HTTP協(xié)議. 這里當(dāng)是HTTP/1.0.PATH_INFO附加的路徑信息, 由瀏覽器發(fā)出.QUERY_STRING請求URL的“？”后面的部分CONTENT_TYPEHTTP請求中任何Content-Type字段的內(nèi)容CONTENT_LENGTH標(biāo)準(zhǔn)輸入口的字節(jié)數(shù).HTTP_[變量]其他一些變量，例如HTTP_ACCEPT，HTTP_REFERER等

上述內(nèi)容是動(dòng)態(tài)開發(fā)的根基，只有根據(jù)上述內(nèi)容才可以標(biāo)準(zhǔn)化的動(dòng)態(tài)處理請求。

WSGI定義變量

變量說明wsgi.versionWSGI版本,要求是元組(1,0),標(biāo)識(shí)WSGI 1.0協(xié)議wsgi.url_scheme表示調(diào)用應(yīng)用程序的URL的協(xié)議，http或httpswsgi.input類文件對象，讀取HTTP請求體字節(jié)的輸入流wsgi.errors類文件對象，寫入錯(cuò)誤輸出的輸出流wsgi.multithread如果是多線程，則設(shè)置為True，否則為False。wsgi.multiprocess如果是多進(jìn)程，則設(shè)置為True，否則為False。wsgi.run_once如果只需要運(yùn)行一次，設(shè)置為True

WSGI協(xié)議對于兩個(gè)輸入輸出流有一些方法必須要實(shí)現(xiàn)

流方法wsgi.inputread(size)wsgi.inputreadline()wsgi.inputreadlines(hint)wsgi.inputiter()wsgi.errorsflush()wsgi.errorswrite(str)wsgi.errorswritelines(seq)

這些基本上就是WSGI協(xié)議中定義的主要變量，也基本上涵蓋了我們開發(fā)時(shí)所需要的變量。

Server端按照協(xié)議的內(nèi)容生成這些environ字典，然后將請求信息交給Application，Application根據(jù)這些信息確認(rèn)請求要處理的內(nèi)容，然后返回響應(yīng)消息。從頭順下來就是這個(gè)流程。

示例展示

Server端涉及到實(shí)現(xiàn)http相關(guān)內(nèi)容，我們直接使用python內(nèi)置wsgiref來實(shí)現(xiàn)，具體代碼如下：

import time
from wsgiref.simple_server import make_server
class ResponseTimingMiddleware(object):
 """記錄請求耗時(shí)"""
 def __init__(self, app):
 self.app = app
 def __call__(self, environ, start_response):
 start_time = time.time()
 response = self.app(environ, start_response)
 response_time = (time.time() - start_time) * 1000
 timing_text = "記錄請求耗時(shí)中間件輸出\n\n本次請求耗時(shí): {:.10f}ms \n\n\n".format(response_time)
 response.append(timing_text.encode('utf-8'))
 return response
def simple_app(environ, start_response):
 """Simplest possible application object"""
 status = '200 OK'
 response_headers = [('Content-type', 'text/plain; charset=utf-8')]
 start_response(status, response_headers)
 
 return_body = []
 
 for key, value in environ.items():
 return_body.append("{} : {}".format(key, value))
 
 return_body.append("\nHello WSGI!")
 # 返回結(jié)果必須是bytes
 return ["\n".join(return_body).encode("utf-8")]
# 創(chuàng)建應(yīng)用程序
app = ResponseTimingMiddleware(simple_app)
# 啟動(dòng)服務(wù)，監(jiān)聽8080
httpd = make_server('localhost', 8080, app) 
httpd.serve_forever()

啟動(dòng)服務(wù)后，我們打開瀏覽器訪問http://localhost:8080，執(zhí)行結(jié)果如下。

上圖可以看到我們前面提到的中間件以及Application中執(zhí)行返回的結(jié)果全都實(shí)現(xiàn)。

看完上述內(nèi)容，你們對如何理解WEB開發(fā)中的Python WSGI協(xié)議有進(jìn)一步的了解嗎？如果還想了解更多知識(shí)或者相關(guān)內(nèi)容，請關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)-成都網(wǎng)站建設(shè)公司行業(yè)資訊頻道，感謝大家的支持。

本文名稱：如何理解WEB開發(fā)中的PythonWSGI協(xié)議-創(chuàng)新互聯(lián)
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