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werkzeug实现WSGI Application

WSGI 为 Web Server Gateway Inferface 的缩写，是 Python Web 框架（或应用程序）与 Web 服务器 (Web Server) 之间通讯的规范，本质上是定义了一种 Web server 与 Web application 解耦的规范。比如 Flask 就是运行在 WSGI 协议之上的 web 框架。

来看一幅图：

左边，Client 和 Server 之间，Client 发送请求，Server 返回响应，遵守 HTTP 协议； 右边：Python 语言编写的 Web Application 和 Web Server 之间通讯，建议遵守 WSGI 规范。该规范被定义在 PEP 333。

WSGI 规定：每个使用 Python 语言编写的 Web Application 必须是一个可调用对象（实现了__call__ 函数的方法或者类），接受两个参数 ：

  • environ ：WSGI 的环境信息
  • start_response：回调函数，在发送 response body 之前被调用，也是一个可调用对象。

如果使用 werkzeug 来实现 Web Application 和 Web Server，只需要下面的代码：

from werkzeug.serving import run_simple

def application(environ, start_response):
    headers = [('Content-Type', 'text/plain')]
    start_response('200 OK', headers)
    return [b'Hello World']

if __name__ == "__main__":
    run_simple('localhost', 5000, application)

start_response 函数必须接受两个参数: status（HTTP状态）和 response_headers（响应消息的头）。

Request 和 Response

werkzeug 的 Request 对象对 environ 对象进行了封装 (The Request class wraps the environ for easier access to request variables)，Response 对象则封装了 WSGI Application。经过 Request 和 Response 的封装，编写 web application 变得更加简单。比如，下面的代码实现了与刚才程序代码相同的功能。

from werkzeug.serving import run_simple
from werkzeug.wrappers import Request, Response

def application(environ, start_response):
    req = Request(environ)   
    body = 'Hello World'

    resp = Response(body, mimetype='text/plain')
    return resp(environ, start_response)

if __name__ == "__main__":
    run_simple('localhost', 5000, application)

理解了 WSGI 规范和 werkzeug 封装的 Request 和 Response，接下来我们要实现 web application 的几个主要功能：路由、模板渲染 (render template)、请求和响应循环。通过代码的逐步演变，有助于理解 Flask 的思路和源码。

基本框架

下面的代码基于 werkzeug ，实现了 Web Application 和 Web Server 的功能。无论 url 的 path 是什么，都返回 Hello World!

from werkzeug.serving import run_simple
from werkzeug.wrappers import Request, Response

class WebApp(object):
    def __init__(self):
        pass

    def dispatch_request(self, request):
        return Response('Hello World')

    def wsgi_app(self, environ, start_response):
        request = Request(environ)
        response = self.dispatch_request(request)

        return response(environ, start_response)

    def __call__(self, environ, start_response):
        return self.wsgi_app(environ, start_response)

def create_app(host='localhost', port=5000):
    app = WebApp()
    return app

if __name__ == "__main__":
    app = create_app()
    run_simple('localhost', 5000, app)

实现路由

上面的代码中，无论客户端请求的 url path 是什么，都返回固定的字符串。前面我们在深入理解Flask路由（2）- werkzeug 路由系统 博文中，介绍了 werkzeug 的路由系统，我们基于上面的代码，实现可以处理下面两个路径的路由：

  • root path
  • /users/userid

如果客户端请求其它的 url，将得到 Not Found 错误。

from werkzeug.serving import run_simple
from werkzeug.wrappers import Request, Response
from werkzeug.routing import Map, Rule
from werkzeug.exceptions import HTTPException

class WebApp(object):
    def __init__(self):
        self.url_map = Map([
            Rule('/', endpoint='index'),
            Rule('/users/<userid>', endpoint='userinfo')
        ])

    def dispatch_request(self, request):
        adapter = self.url_map.bind_to_environ(request.environ)
        try:
            endpoint, args = adapter.match()
            # 根据endpoint,找到视图函数 on_endpointname，并且执行
            return getattr(self, 'on_'+endpoint)(request, **args)
        except HTTPException as ex:
            return ex

    def wsgi_app(self, environ, start_response):
        req = Request(environ)
        resp = self.dispatch_request(req)
        return resp(environ, start_response)

    def __call__(self, environ, start_response):
        return self.wsgi_app(environ, start_response)

    def on_index(self, request):        
        return Response('index page')
    
    def on_userinfo(self, request, userid):
        return Response('Hello, {}'.format(userid))

def create_app(host='localhost', port=5000):
    app = WebApp()
    return app

if __name__ == "__main__":
    app = create_app()
    run_simple('localhost', 5000, app)

代码的主要变化在 __init__() 方法和 dispatch_request() 方法中：


实现视图和模板渲染

对客户端的请求，不能只是返回简单的字符串。接下来，我们对程序的功能加上视图函数，返回真正的页面，并且借助 jinjia2 的模板功能，允许向页面传递参数。

首先编写两个 html 页面，放在工程文件 templates 文件夹下面：

templates/index.html:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<link rel=stylesheet href=/static/style.css type=text/css>
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
</head>
<body>
    <h1>This is index page</h1>
</body>
</html>

templates/user.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<link rel=stylesheet href=/static/style.css type=text/css>
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
</head>
<body>
    <h1>Hello, {{ userid }} </h1>
</body>
</html>

然后在 WebApp 类中实现 render_template() 方法：

def __init__(self):
        template_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__), 'templates')
        self.jinja_env = Environment(loader=FileSystemLoader(template_path),
                                     autoescape=True)
        # 其它代码略
        
def render_template(self, template_name, **context):
    t = self.jinja_env.get_template(template_name)
    return Response(t.render(context), mimetype='text/html')

这样，视图函数 on_index() 和 on_userinfo() 就可以返回 html 文件了。完整代码如下：

from werkzeug.serving import run_simple
from werkzeug.wrappers import Request, Response
from werkzeug.routing import Map, Rule
from werkzeug.wsgi import SharedDataMiddleware
from werkzeug.exceptions import HTTPException, NotFound
from jinja2 import Environment, FileSystemLoader
import os

class WebApp(object):
    def __init__(self):
        template_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__), 'templates')
        self.jinja_env = Environment(loader=FileSystemLoader(template_path),
                                     autoescape=True)
        self.url_map = Map([
            Rule('/', endpoint='index'),
            Rule('/users/<userid>', endpoint='userinfo')
        ])

        self.view_functions = {
            'index': self.on_index,
            'userinfo': self.on_userinfo
        }

    def dispatch_request(self, request):
        adapter = self.url_map.bind_to_environ(request.environ)
        try:
            endpoint, args = adapter.match()
            return self.view_functions[endpoint](endpoint, **args)
        except HTTPException as e:
            return e

    def render_template(self, template_name, **context):
        t = self.jinja_env.get_template(template_name)
        return Response(t.render(context), mimetype='text/html')

    def wsgi_app(self, environ, start_response):
        req = Request(environ)
        resp = self.dispatch_request(req)
        return resp(environ, start_response)

    def __call__(self, environ, start_response):
        return self.wsgi_app(environ, start_response)

    def on_index(self, request):
        return self.render_template('index.html')

    def on_userinfo(self, request, userid):
        return self.render_template('user.html', userid=userid)

def create_app(host='localhost', port=5000, with_static=True):
    app = WebApp()
    if with_static:
        app.wsgi_app = SharedDataMiddleware(app.wsgi_app, {
            '/static':  os.path.join(os.path.dirname(__file__), 'static')
        })
    return app

if __name__ == "__main__":
    app = create_app()
    run_simple('localhost', 5000, app)

代码

完整代码：github: werkzeug-web-app-evolve

参考

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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