Web框架本质

Web框架本质

所有的Web应用本质上就是一个socket服务端，而用户的浏览器就是一个socket客户端。 这样我们就可以自己实现Web框架了。

import socket

sk = socket.socket()
sk.bind(("127.0.0.1", 80))
sk.listen(5)


while True:
    conn, addr = sk.accept()
    data = conn.recv(8096)
    conn.send(b"OK")
    conn.close()

可以说Web服务本质上都是在这十几行代码基础上扩展出来的。这段代码就是它们的祖宗。

用户的浏览器一输入网址，会给服务端发送数据，那浏览器会发送什么数据？怎么发？这个谁来定？ 你这个网站是这个规定，他那个网站按照他那个规定，这互联网还能玩么？

所以，必须有一个统一的规则，让大家发送消息、接收消息的时候有个格式依据，不能随便写。

这个规则就是HTTP协议，以后浏览器发送请求信息也好，服务器回复响应信息也罢，都要按照这个规则来。

HTTP协议主要规定了客户端和服务器之间的通信格式，那HTTP协议是怎么规定消息格式的呢？

让我们首先看下我们在服务端接收到的消息是什么。

 

然后再看下我们浏览器收到的响应信息是什么。

响应头在浏览器的network窗口可以看到，我们看到的HTML页面内容就是响应体。本质上还是字符串，因为浏览器认识HTML，所以才会渲染出页面。

HTTP协议介绍

每个HTTP请求和响应都遵循相同的格式，一个HTTP包含Header和Body两部分，其中Body是可选的。 HTTP响应的Header中有一个 Content-Type表明响应的内容格式。如 text/html表示HTML网页。

HTTP GET请求的格式：

GET /path HTTP/1.1
header1:v1\r\n
header2:v2\r\n

使用 \r\n分隔多个header

HTTP POST请求格式：

POST /path HTTP/1.1
header1:v1\r\n
header2:v2\r\n
\r\n\r\n
请求体...

当遇到连续两个 \r\n\r\n时，表示Header部分结束了，后面的数据是Body。

HTTP响应的格式：

200 OK
Header1:v1\r\n
Header2:v2\r\n
\r\n\r\n
响应体...

让我们的Web框架在给客户端回复响应的时候按照HTTP协议的规则加上响应头，这样我们就实现了一个正经的Web框架了。　　

import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind(('127.0.0.1', 8000))
sock.listen(5)

while True:
    conn, addr = sock.accept()
    data = conn.recv(8096)
    conn.send(b"HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n")
    conn.send(b"OK")
    conn.close()

上述通过socket来实现了其本质。

对于真实开发中的python web程序来说，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，对请求的各种数据进行整理。

应用程序则负责具体的逻辑处理。为了方便应用程序的开发，就出现了众多的Web框架，例如：Django、Flask、web.py 等。不同的框架有不同的开发方式，但是无论如何，开发出的应用程序都要和服务器程序配合，才能为用户提供服务。

这样，服务器程序就需要为不同的框架提供不同的支持。这样混乱的局面无论对于服务器还是框架，都是不好的。对服务器来说，需要支持各种不同框架，对框架来说，只有支持它的服务器才能被开发出的应用使用。

这时候，标准化就变得尤为重要。我们可以设立一个标准，只要服务器程序支持这个标准，框架也支持这个标准，那么他们就可以配合使用。一旦标准确定，双方各自实现。这样，服务器可以支持更多支持标准的框架，框架也可以使用更多支持标准的服务器。

WSGI（Web Server Gateway Interface）就是一种规范，它定义了使用Python编写的web应用程序与web服务器程序之间的接口格式，实现web应用程序与web服务器程序间的解耦。

常用的WSGI服务器有uwsgi、Gunicorn。而Python标准库提供的独立WSGI服务器叫wsgiref，Django开发环境用的就是这个模块来做服务器。

from wsgiref.simple_server import make_server


def run_server(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html;charset=utf8')])  # 设置HTTP响应的状态码和头信息
    return [bytes("<h1>Hello world!</h1>", encoding="utf8"),]


if __name__ == '__main__':
    httpd = make_server('', 8000, run_server)
    print("Serving HTTP on port 8000...")
    httpd.serve_forever()

这样就结束了吗？ 如何让我们的Web服务根据用户请求的URL不同而返回不同的内容呢？

小事一桩，我们可以从请求相关数据里面拿到请求的URL，然后做一个判断。

from wsgiref.simple_server import make_server


def run_server(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html;charset=utf8'), ])  # 设置HTTP响应的状态码和头信息
    url = environ['PATH_INFO']  # 取到用户输入的url
    if url == "/index/":
        return [bytes("<h1>这是index页面</h1>", encoding="utf8"), ]
    elif url == "/home/":
        return [bytes("<h1>这是home页面</h1>", encoding="utf8"), ]
    else:
        return [bytes("404没有该页面", encoding="utf8"), ]


if __name__ == '__main__':
    httpd = make_server('', 8000, run_server)
    print("Serving HTTP on port 8000...")
    httpd.serve_forever()

　　解决了不同URL返回不同内容的需求。 但是问题又来了，如果有很多很多页面怎么办？难道要挨个判断？ 当然不用，我们有更聪明的办法。

from wsgiref.simple_server import make_server


def index():
    return [bytes("<h1>这是index页面</h1>", encoding="utf8"), ]


def home():
    return [bytes("<h1>这是home页面</h1>", encoding="utf8"), ]


# 定义一个url和函数的对应关系
URL_LIST = [
    ("/index/", index),
    ("/home/", home),
]


def run_server(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html;charset=utf8'), ])  # 设置HTTP响应的状态码和头信息
    url = environ['PATH_INFO']  # 取到用户输入的url
    func = None  # 将要执行的函数
    for i in URL_LIST:
        if i[0] == url:
            func = i[1]  # 去之前定义好的url列表里找url应该执行的函数
            break
    if func:  # 如果能找到要执行的函数
        return func()  # 返回函数的执行结果
    else:
        return [bytes("404没有该页面", encoding="utf8"), ]


if __name__ == '__main__':
    httpd = make_server('', 8000, run_server)
    print("Serving HTTP on port 8000...")
    httpd.serve_forever()　

完美解决了不同URL返回不同内容的问题。 但是我不想仅仅返回几个字符串，我想给浏览器返回完整的HTML内容，这又该怎么办呢？

没问题，不管是什么内容，最后都是转换成字节数据发送出去的。 我可以打开HTML文件，读取出它内部的二进制数据，然后发送给浏览器。

from wsgiref.simple_server import make_server


def index():
    with open("index.html", "rb") as f:
        data = f.read()
    return [data, ]


def home():
    with open("home.html", "rb") as f:
        data = f.read()
    return [data, ]


# 定义一个url和函数的对应关系
URL_LIST = [
    ("/index/", index),
    ("/home/", home),
]


def run_server(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html;charset=utf8'), ])  # 设置HTTP响应的状态码和头信息
    url = environ['PATH_INFO']  # 取到用户输入的url
    func = None  # 将要执行的函数
    for i in URL_LIST:
        if i[0] == url:
            func = i[1]  # 去之前定义好的url列表里找url应该执行的函数
            break
    if func:  # 如果能找到要执行的函数
        return func()  # 返回函数的执行结果
    else:
        return [bytes("404没有该页面", encoding="utf8"), ]


if __name__ == '__main__':
    httpd = make_server('', 8000, run_server)
    print("Serving HTTP on port 8000...")
    httpd.serve_forever()　　

这网页能够显示出来了，但是都是静态的啊。页面的内容都不会变化的，我想要的是动态网站。

没问题，我也有办法解决。我选择使用字符串替换来实现这个需求。

from wsgiref.simple_server import make_server


def index():
    with open("index.html", "rb") as f:
        data = f.read()
    import time
    time_str = str(time.time())
    data_str = str(data, encoding="utf8")
    data_str = data_str.replace("@@a@@", time_str)
    return [bytes(data_str, encoding="utf8"), ]


def home():
    with open("home.html", "rb") as f:
        data = f.read()
    return [data, ]


# 定义一个url和函数的对应关系
URL_LIST = [
    ("/index/", index),
    ("/home/", home),
]


def run_server(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html;charset=utf8'), ])  # 设置HTTP响应的状态码和头信息
    url = environ['PATH_INFO']  # 取到用户输入的url
    func = None  # 将要执行的函数
    for i in URL_LIST:
        if i[0] == url:
            func = i[1]  # 去之前定义好的url列表里找url应该执行的函数
            break
    if func:  # 如果能找到要执行的函数
        return func()  # 返回函数的执行结果
    else:
        return [bytes("404没有该页面", encoding="utf8"), ]


if __name__ == '__main__':
    httpd = make_server('', 8000, run_server)
    print("Serving HTTP on port 8000...")
    httpd.serve_forever()

　　这是一个简单的动态，我完全可以从数据库中查询数据，然后去替换我html中的对应内容，然后再发送给浏览器完成渲染。 这个过程就相当于HTML模板渲染数据。 本质上就是HTML内容中利用一些特殊的符号来替换要展示的数据。 我这里用的特殊符号是我定义的，其实模板渲染有个现成的工具： jinja2

下载jinja2:　

pip install jinja2

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta http-equiv="x-ua-compatible" content="IE=edge">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
  <title>Title</title>
</head>
<body>
    <h1>姓名：{{name}}</h1>
    <h1>爱好：</h1>
    <ul>
        {% for hobby in hobby_list %}
        <li>{{hobby}}</li>
        {% endfor %}
    </ul>
</body>
</html>

使用jinja2渲染index2.html文件：

from wsgiref.simple_server import make_server
from jinja2 import Template


def index():
    with open("index2.html", "r") as f:
        data = f.read()
    template = Template(data)  # 生成模板文件
    ret = template.render({"name": "Alex", "hobby_list": ["烫头", "泡吧"]})  # 把数据填充到模板里面
    return [bytes(ret, encoding="utf8"), ]


def home():
    with open("home.html", "rb") as f:
        data = f.read()
    return [data, ]


# 定义一个url和函数的对应关系
URL_LIST = [
    ("/index/", index),
    ("/home/", home),
]


def run_server(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html;charset=utf8'), ])  # 设置HTTP响应的状态码和头信息
    url = environ['PATH_INFO']  # 取到用户输入的url
    func = None  # 将要执行的函数
    for i in URL_LIST:
        if i[0] == url:
            func = i[1]  # 去之前定义好的url列表里找url应该执行的函数
            break
    if func:  # 如果能找到要执行的函数
        return func()  # 返回函数的执行结果
    else:
        return [bytes("404没有该页面", encoding="utf8"), ]


if __name__ == '__main__':
    httpd = make_server('', 8000, run_server)
    print("Serving HTTP on port 8000...")
    httpd.serve_forever()

现在的数据是我们自己手写的，那可不可以从数据库中查询数据，来填充页面呢？

使用pymysql连接数据库：

conn = pymysql.connect(host="127.0.0.1", port=3306, user="root", passwd="xxx", db="xxx", charset="utf8")
cursor = conn.cursor(cursor=pymysql.cursors.DictCursor)
cursor.execute("select name, age, department_id from userinfo")
user_list = cursor.fetchall()
cursor.close()
conn.close()

创建一个测试的user表：　　

CREATE TABLE user(
  id int auto_increment PRIMARY KEY,
  name CHAR(10) NOT NULL,
  hobby CHAR(20) NOT NULL
)engine=innodb DEFAULT charset=UTF8;

模板的原理就是字符串替换，我们只要在HTML页面中遵循jinja2的语法规则写上，其内部就会按照指定的语法进行相应的替换，从而达到动态的返回内容。

　　

补充小结：

1. web框架的原理（实质）
    1.
    
    
    博客园（socket server）
    0.先启动服务，监听
        while 1:
            等待连接...
            
            3. 接收到你的请求
            4. 根据你的需求，返回相应的内容
            断开
        
    你的浏览器(socket client)
        1. 请求连接服务端（IP和端口）
        2. 发送消息（我想要xx）
        5. 收到返回的消息
        断开
        
        
    HTTP协议补充：
        1. 请求（request）和响应(response)
        
        2. HTTP请求的生命周期
        
    1. Web框架本质
        本质上：socket互发消息
    2. 不同的URL返回不同的内容
        本质上：根据路径的不同返回不同的内容
    3. 动态的网页
        本质上：字符串的替换
    
    小总结：
        A. socket server                    URL路径      --> 服务器程序（专门用来处理socket收发消息部分）
        B. 根据不同的URL路径执行不同的函数  路径-->函数  --> 应用程序（业务逻辑,控制要返回的消息的具体内容）
        C. 具体返回内容   动态的网页        字符串的替换 --> jinja2
        
    常用的服务器程序： wsgi协议：定义了 服务器程序和Django/Flask通信的规范！
        1. wsgiref  Python内置的模块 
        2. Gunicorn和uwsgi
        
        
    大总结：
        Python Web框架分类：
            1. 第三方的A，  框架自带B和C      --> Django
            2. 第三方的A和C 框架自带B         --> Flask
            3. 框架自带A、B、C                --> Tornado
        
        另外一个层面的分类：
            1. Django  大而全（基本上做网站用到的它自己都有） 缺点就是臃肿
            2. 其他    Flask小而美