Python全栈开发之17、tornado和web基础知识

一、web基础知识

　　学习web框架之前，先来看一下web基础知识，首先要明白其本质就是socket，用户对应一个socket客户端，但是如果从socket开始开发web应用程序那么效率太了，正确的做法是底层socket处理代码由专门的服务器软件实现，而对于真实开发中的python web程序来说也是一般会分为两部分：服务器程序和应用程序。服务器程序负责对socket服务器进行封装，并在请求到来时，先经过web服务器,对请求的各种数据进行整理封装。之后web服务器将封装好的数据传递给应用程序，应用程序并不涉及底层的socket，由应用程序负责具体的逻辑处理，但是上面就有一个问题，那就是如何来定义一个统一的web服务器和web应用程序之间接口格式，这个接口就是WSGI，WSGI（Web Server Gateway Interface）是一种规范，它定义了使用python编写的web app与web server之间接口格式。WSGI applications 可以是栈式的，这个栈的中间部分可以叫做中间件，两端是必须要实现的application和server。python标准库提供的独立WSGI服务器称为wsgiref。下面我们来看一下如何简单的自定义一个web框架。

二、自定义web框架

　　HTTP请求的所有输入信息都可以通过environ获得，HTTP响应的输出都可以通过start_response()加上函数返回值作为Body。下面来看一下用最简单的wsgiref来实现一个web框架。

from wsgiref.simple_server import make_server

def application(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
    body = '<h1>hello {}</h1>'.format(environ['PATH_INFO'][1:] or 'web')
    return [body.encode('utf-8')]
    # return [b'<h1>Hello, web!</h1>']   # 这里需要注意格式

httpd = make_server('', 8000, application)
httpd.serve_forever()

上面的东西写得太简单了，一个简单的框架还应该包括路由系统和模板引擎等基本的东西，下面我们来看一下如何自己来简单的实现一下加强版的web框架

from wsgiref.simple_server import make_server
import time
def new():
    f = open('s1.html', 'r')
    data = f.read()
    f.close()

    # 模拟模板引擎处理数据,将html里文件的item替换成其他数据
    # 这里仅仅是用字符串的替换来最简单的说明下原理
    new_data = data.replace("{{item}}", str(time.time()))
    return new_data
    
def index():
    f = open('index.html', 'r')　　　　　　//打开文件读取内容，将内容当作字符串返回给用户
    data = f.read()
    f.close()
    return data

def home():
    return 'home'

URLS = {                            # 定义一个字典，简单模拟路由系统
    "/new": new,                    # 一个url对应一个函数处理
    "/index": index,
    "/home": home,
}


def application(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
    url = environ['PATH_INFO']
    if url in URLS.keys():              # 不同的url执行不同的函数
        func_name = URLS[url]
        ret = func_name()
    else:
        ret = "404"
    return [ret.encode('utf-8')]                        # 最后将结果返回


httpd = make_server('', 8000, application)
httpd.serve_forever()

虽然上面的代码可以用简单的字符串进行替换，来动态的返回内容，但是效率极其的低下，最好的做法是使用jinja2模板引擎。至于如何使用，这里先不讲，先讲下tronadao，然后我们看一个真正的web框架是如何使用路由系统，和模板引擎。

三、tronado

　　虽然我们自己写框架，但是功能效率不行，这里看一下比较常见的web框架tronado，Tornado为python的一个非阻塞异步web frame，不同于那些最多只能达到10,000个并发连接的传统网络服务器，Tornado在设计之初就考虑到了性能因素，旨在解决C10K问题，这样的设计使得其成为一个拥有非常高性能的框架。此外，它还拥有处理安全性、用户验证、社交网络以及与外部服务（如数据库和网站API）进行异步交互的工具。

下面来看一下最简单的hello，world，　

import tornado.ioloop
import tornado.web

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.write("Hello, world")

application = tornado.web.Application([
    (r"/index", MainHandler),
])

if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

上述代码执行的具体过程如下：　　

　　第一步：执行脚本，监听 8888 端口

　　第二步：浏览器客户端访问 /index  -->  http://127.0.0.1:8888/index

　　第三步：服务器接受请求，并交由对应的类处理该请求

　　第四步：类接受到请求之后，根据请求方式（post / get / delete ...）的不同调用并执行相应的方法

　　第五步：方法返回值的字符串内容发送浏览器

一、路由系统　　

　　web框架其中一个关键的地方就是路由系统，路由系统说简单的就是，一个url对应一个类（其他框架里面可能对应的是函数），然后相应的类里面定义get，post等方法来处理不同的请求。而且tronado支持2级路由。下面来看一下代码实现

import tornado.ioloop
import tornado.web

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.write("Hello, world")

class StoryHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self, story_id):
        self.write("You requested the story " + story_id)

class BuyHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.write("it.wxtrkbc.com/index")

application = tornado.web.Application([
    (r"/index", MainHandler),
    (r"/story/([0-9]+)", StoryHandler),　　　　　# 后面的分页功能就是基于此实现的
])

application.add_handlers('it.wxtrkbc.com$', [　 # 这里添加2级域名，实验的话需要改本地host
    (r'/index', BuyHandler),             　　　　# it.wxtrkbc.com:8888/index
])

if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

二、模板引擎　　

　　模板引擎说简单点就是将原本的html的某些内容用一些特殊的字符串代替，然后在处理用户的不同的请求时，将html的字符串替换掉，返回给用户新的一个字符串，这样就达到了动态的html的效果。Tornado的模板支持“控制语句”和“表达语句”，控制语句是使用 {% 和 %} 包起来的 例如 {% if len(items) > 2 %}。表达语句是使用 {{ 和 }} 包起来的，例如 {{ items[0] }}。控制语句和对应的 Python 语句的格式基本完全相同。我们支持 if、for、while 和 try，这些语句逻辑结束的位置需要用 {% end %} 做标记。还通过 extends 和 block 语句实现了模板继承，此外还可以自定义UIMethod以UIModule。下面我们来简单的看一下用法

首先看一下html文件

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
    <link href="static/s1.css" rel="stylesheet"/>
    <script src="static/s1.js"></script>
</head>
<body>
    <div>
        <h2>提交内容</h2>
        <form  method="post" action="/index">
            <input type="text" name="xxx">
            <input type="submit" value="提交">
        </form>
        <h2>显示内容</h2>
        <ul>
            {% for item in inp %}        //for循环
            <li>{{item}}</li>
            {% end %}
        </ul>

        <h3>{{npm}}</h3>
        <h3>{{func(npm)}}</h3>    　　　　 // 自定义UIMethod
        <h3>{% module custom() %}</h3>　　// 自定义UIModule
    </div>
</body>
</html>

下面来看一下py文件

import tornado.web

import tornado_s1.uimodule as md
from tornado_s1 import uimethod as mt

INPUT_LIST = [11, 22
class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):   
        self.render("s1.html", npm='NPM', inp=INPUT_LIST)

    def post(self):
        username = self.get_argument('xxx', None)
        INPUT_LIST.append(username)
        self.render("s1.html", npm='NPM', inp=INPUT_LIST)
     
settings = {
    'template_path': 'template',
    'static_path': 'static',
    # 'static_url_prefix': '/ss/',
    'ui_methods': mt,
    'ui_modules': md,
}

application = tornado.web.Application([(r"/index", MainHandler), ], **settings)

if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

最后来看一下自定义的module和method，这里只是简单的演示，所以代码比较简单

uimethod.py

def func(self, arg):
    return arg.lower()


uimodule.py

from tornado.web import UIModule
from tornado import escape

class custom(UIModule):
    def render(self, *args, **kwargs):
        return '123'

三、模板继承和静态缓存　　

将一些公用的html，css等写到通用的文件，然后通过继承，就可以获取母板的内容，而继承的html里面只需要写特有的东西，模板继承的功能非常实用，而静态缓存则可以减少相应的请求资源，下面来看一下具体怎么用这里我就只简单看一下html文件

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <link href="{{static_url('css/chouti.css')}}" type="text/css" rel="stylesheet">  // 通过static_url引用静态文件
    {% block css %} {% end %}
</head>
<body>
    <div class="header">
        <div class="header-content">      
            {% if user_info['is_login'] %}
                <div class="account">
                    <a href="#">{{user_info['username']}}</a>
                    <a href="/logout">退出</a>
                </div>
            {% else %}
                <div class="account">
                    <a href="http://127.0.0.1:8888/register">注册</a>
                    <a href="http://127.0.0.1:8888/login">登陆</a>
                </div>
            {% end %}
        </div>
    </div>
    <div class="content">
        {% block body %}
        {% end %}       
    </div>
    <a class="back-to-head" href="javascript:scroll(0,0)"></a>
    {% block js %} {% end %}
    <script>

    </script>
</body>
</html>

下面来看一下子模板的html文件

{% extends '../base/layout.html' %}
{% block css %}
<link href="{{static_url('css/css/common.css')}}" rel="stylesheet">
<link href="{{static_url('css/css/login.css')}}" rel="stylesheet">
{% end %}


{% block body %}

{% end %}

{% block js %}
    <script src="{{static_url('js/jquery-1.12.4.js')}}"></script>
    <script src="{{static_url('js/login.js')}}"></script>
{% end %}

下面来简单的说以下tronado模板引擎的编译原理，具体的实现原理等后面有时间再来补充，