基于Python的Web应用开发实战——2 程序的基本结构
2.1 初始化
所有Flaks程序都必须创建一个程序实例。
Web服务器使用一种名为Web服务器网关接口（Web Server Gateway Interface，WSGI）的协议，把接收自客户端的所有请求都转交给这个对象处理。
程序实例是Flask类的对象，经常使用下述代码创建：
1 from flask import Flask 2 app = Flask(__name__)
Flask类的构造函数只有一个必须指定的参数，即程序注模块或包的名字。
在大多数程序中，Python的 __name__ 变量就是所需的值。
注：将构造函数的name参数传给Flask程序，Flask用这个参数决定程序的根目录，以便稍后能够找到相对于程序根目录的资源文件位置。
后面会介绍更复杂的程序初始化方式，对于简单的程序来说，上面的代码足够了。
2.2 路由和视图函数
客户端（例如Web浏览器）把请求发送给Web服务器，Web服务器再把请求发送给Flask程序实例。
程序实例需要知道对每个URL请求运行哪些代码，所以保存了一个URL到Python函数的映射关系。处理URL和函数之间关系的程序成为路由。
在Flask程序中定义路由的最简便方式，是使用程序实例提供的app.route 修饰器，把修饰的函数注册为路由。
下面的例子说明了如何使用这个修饰器生命路由：
1 @app.route('/') 2 def index(): 3 return '<h1>Hello World!</h1>'
注：修饰器是Python语言的标准特性，可以使用不同的方式修改函数的行为。惯常用法是使用修饰器把函数注册为事件的处理程序。
前例把 index() 函数注册为程序跟地址的处理程序。
如果部署程序的服务器域名为 www.example.com ，在浏览器中访问 http://www.example.com 后，会触发服务器执行 index() 函数。
这个函数的返回值称为 响应，是客户端接收到的内容。如果客户端是Web浏览器，响应就是显示给用户常看的文档。
像 index() 这样的函数称为 视图函数（view function）。
视图函数返回的响应可以是包含HTML的简单字符串，也可以是复杂的表单。
注：在Python代码中嵌入响应字符串会导致代码难以维护，此处这么做只是为了介绍响应的概念。
如果你仔细观察日常所用服务的某些URL格式，会发现很多地址中都包含可变部分。
例如，你的Facebook资料页面的地址是 http://facebook.com/<your-name>，用户名<your-name>是地址的一部分。
Flask支持这种形式的URL，只需要在route修饰器中使用特殊的句法即可。
下面定义的路由中就有一部分是动态名字：
1 @app.route('/user/<name>') 2 def user(name)； 3 return '<h1>Hello,%s!</h1>' % name
尖括号中的内容就是动态部分，任何能匹配静态部分的URL都会映射到这个路由上。
调用视图函数是，Flask会将动态部分作为参数传入函数。
在这个视图函数中，参数用于生成针对个人的欢迎消息。
路由中的动态部分默认使用字符串，不过也可是使用类型定义。
例如，路由 /user/<int:id> 只会匹配动态片段 id 为整数的URL。
Flask 支持在路由中使用 int 、float 和 path 类型。
path类型也是zfc，但不把斜线视作分隔符，而将其当做动态片段的一部分。
2.3 启动服务器
程序实例用 run 方法启动 Flask 集成的开发Web服务器：
1 if __name__ == '__main__': 2 app.run(debug=True)
__name__ == '__main__' 是Python的惯常用法，在这里确保执行这个脚本是才启动开发Web服务器。
如果这个脚本又其他脚本引入，程序假定父级脚本会启动不同的服务器因此不会执行 app.run()
服务器启动后，会进入轮询，等待并处理请求。轮询会一直运行，直到程序停止，比如按 Ctrl-C 键。
有一些选项参数可被 app.run() 函数接受用于设置Web服务器的操作模式。
在开发过程中启动调试模式会带来一些便利，比如激活调试器和重载程序。
要想启用调试模式，我们可以吧debug参数设置为True。
注：Flask提供的Web服务器不适合在生产环境中使用。
2.4 一个完整的程序
前面介绍了Flask Web程序的不同组成部分，现在开发一个程序。
示例2-1 hello.py ：一个完整的Flask程序
1 from flask import Flask 2 app = Flask(__name__) 3 4 @app.route('/') 5 def index(): 6 return '<h1>Hello World!</h1>' 7 8 9 if __name__ == '__main__': 10 app.run(debug=True)
想要运行这个程序，请确保激活了你之前创建的虚拟环境，并在启动安装了Flask。
然后使用下述命令启动程序： python hello.py
现在打开Web浏览器，在地址栏输入 http://127.0.0.1:5000/ 。
如果输入其他地址，程序将不知道如何处理，因此会向浏览器返回错误代码 404 。访问不存在的网页时，我们疆场看到这个错误。
示例2-2 是这个程序的增强版，添加了一个动态路由。
访问这个地址时，你会看到一则针对个人的欢迎消息。
示例2-2 hello.py：包含动态路由的Flask程序
1 from flask import Flask 2 app = Flask(__name__) 3 4 @app.route('/') 5 def index(): 6 return '<h1>Hello World!</h1>' 7 8 @app.route('/user/<name>') 9 def user(name): 10 return '<h1>Hello , %s !</h1>' %name 11 12 if __name__ == '__main__': 13 app.run(debug=True)
测试动态路由前，你要确保服务器正在运行中。
然后访问 http://localhost:5000/user/Dava
程序会显示一个使用 name 动态参数生成的欢迎消息。
尝试使用不同的名字，可以看到视图函数总是使用指定的名字生成响应。
2.5 请求-响应循环
为进一步了解Flask的共工作方式。介绍Flask框架的一些设计理念。
2.5.1 程序和请求上下文
Flask从客户端收到请求时，要让视图函数能访问一些对象，这样才能处理请求。
请求对象就是一个很好的例子，它封装了客户端发送的HTTP请求。
要想让视图函数能够访问请求对象，一个显而易见的方式是将其作为参数传入视图函数，不过这会导致程序中每个视图函数都增加一个参数。
除了访问请求对象，如果视图函数在处理请求时还要访问其他对象，情况会变得更糟。
为了避免大量可有可无的参数把视图函数弄得一团糟，Flask使用上下文临时把某些对象变为全局可访问。有了上下文，就可以就可以写出下面的视图函数：
1 from flask import request 2 3 @app.route('/') 4 def index(): 5 user_agent = request.headers.get('User-Agent') 6 return '<p>Your brower is %s</p>' % user_agent
注意：在这个视图函数中我们如何把request当做全局变量使用。事实上，request不可能是全局变量。试想，在多线程服务器中，多个线程同时处理不同客户端发送的不同请求时，每个线程看到的request对象必然不同。Flask使用上下文让特定的变量在一个线程中全局可访问，与此同时却不会干扰其他线程。
注：线程是可单独管理的最小指令集。进程经常使用多个活动线程，有时还会共享内存或文件句柄等资源。多线程Web服务器会创建一个线程池，再从线程池中选择一个线程用于处理接受到的请求。
在Flask中有两种上下文：程序上下文和请求上下文。表2-1列出了这两种上下文提供的变量。
Flask上下文全局变量
| 变量名 | 上下文 | 说明 |
| current_app | 程序上下文 | 当前激活程序的程序实例 |
| g | 程序上下文 | 处理请求时用作临时存储的对象。每次请求都会重设这个变量 |
| request | 请求上下文 | 请求对象，封装了客户端发出的HTTP请求中的内容 |
| session | 请求上下文 | 用户会话，用户存储请求之间需要“记住”的值的词典 |
Flask在分发请求之前激活（或推送）程序和请求上下文，请求处理完成之后再将其删除。
程序上下文被推送后，就可以在线程中使用current_app和g变量。
请求上下文被推送后，就可以使用request和session变量。
如果使用这些变量时，我们没有激活程序上下文或请求上下文，就会导致错误。
下面这个 Python shell 会话演示了程序上下文的使用方法：
1 >>> from hello import app 2 >>> from flask import current_app 3 >>> current_app.name 4 Traceback (most recent call last): 5 ...... 6 RuntimeError: Working outside of application context. 7 8 9 10 11 >>> app_ctx = app.app_context() 12 >>> app_ctx.push() 13 >>> current_app.name 14 'hello' 15 >>> app_ctx.pop() 16 >>>
在这个例子中，没激活程序上下文之前就调用 current_app.name 会导致错误，但是推送玩上下文之后就可以调用了。
注意，在程序实例上调用 app.app_context() 可获得一个程序上下文。
2.5.2 请求调度
程序收到客户端发来的请求时，要找到处理该请求的视图函数。为了完成这个任务，Flask会在程序的URL映射中查找请求的URL。
URL映射是URL和视图函数之间的对应关系。
Flask使用 app.routwe() 修饰器或者非修饰器形式的 app.add_url_rule() 生成映射。
要查看Flask程序中的URL映射是什么样子，我们可以在 Python shell 中检查hello.py生成的映射。
测试之前，确保激活了你的虚拟环境：
1 >>> from hello import app 2 >>> app.url_map 3 Map([<Rule '/' (OPTIONS, GET, HEAD) -> index>, 4 <Rule '/static/<filename>' (OPTIONS, GET, HEAD) -> static>, 5 <Rule '/user/<name>' (OPTIONS, GET, HEAD) -> user>]) 6 >>>
/ 和 /user/<name> 路由在程序中使用 app.route 修饰器定义。
/static/<filename> 路由是Flask 添加的特殊路由，用于访问静态文件。后面会介绍静态文件。
URL映射中的HEAD、OPEIONS、GET是请求方法，有路由进行处理。
Flask 为每个路由都指定了请求方法，这样不同的请求方法发送到相同的URL上时，会使用不同的视图函数进行处理。
HEAD 和 OPTIONS 方法由Flask自动处理，因此可以这么说，在这个程序中，URL映射中的3个路由都使用GET方法。后面会介绍如何为路由指定不同的请求方法。
2.5.3 请求钩子
有时在处理 请求之前或之后执行代码很有用。
例如，在请求开始时，我们可能要创建数据库连接或者认证发起请求的用户。
为了避免在每个视图函数中都使用重复的代码，Flask提供了注册通用函数的功能，注册的函数可在请求被分发到函数之前或之后调用。
请求钩子使用修饰器实现。Flask支持以下4中钩子。
before_first_request ：注册一个函数，在处理第一个请求之前运行。
before_request ： 注册一个函数，在每次请求之前运行。
after_request ：注册一个函数，如果没有未处理的异常抛出，在每次请求之后运行。
teardown_request ： 注册一个函数，即使有未处理的异常抛出，也在每次请求之后运行。
在请求钩子函数和视图函数之间共享数据一般使用上下文全局变量 g 。
例如： before_request处理程序可以从数据库中加载已登录用户，并将其保存到 g.user 中。随后调用视图函数时，视图函数再使用 g.user 获取用户。
2.5.4 响应
Flask 调用视图函数后，会将其返回值作为响应的内容。大多数情况下，响应就是一个简单的字符串，作为HTML页面回送客户端。
但HTTP协议需要的不仅是作为请求响应的字符串。HTTP响应中一个很重要的部分是状态码。
Flask 默认设为 200 ，这个代码表明请求已被成功处理。
如果视图函数返回的响应需要使用不同的状态码，那么可以把数字代码作为第二个返回值，添加到响应文本之后。
例如，下述视图函数返回一个 400 状态码，标示请求无效。
1 @app.route('/') 2 def index(): 3 return '<h1>Bad Request</h1>',400
视图函数返回的响应还可接受第三个参数，这事一个由首部（header）组成的字段，可以添加到HTTP响应中。一般情况下并不需要这么做，不过你会在14章看到一个例子。
如果不想返回由1个、2个或3个值组成的元组，Flask视图函数还可以返回Response对象。
make_response() 函数可以接受1个、2个或3个参数(和视图函数的返回值一样)，并返回一个Response对象。
有时我们需要在视图函数中进行这种转换，然后在响应对象上调用各种方法，进一步设置响应。
下例创建了一个响应对象，然后设置了cookie：
1 from flask import make_response 2 3 @app.route('/') 4 def index(): 5 response = make_response('<h1>This document carries a cookie!</h1>') 6 response.set_cookie('ansewer','42') 7 return response
from flask import Flask from flask import make_response app = Flask(__name__) @app.route('/') def index(): response = make_response('<h1>This document carries a cookie!</h1>') response.set_cookie('ansewer','42') return response if __name__ == '__main__': app.run(debug=True)
有一种名为重定向的特殊响应类型。
这种响应没有文档页面，只告诉浏览器一个新地址用以加载新页面。
重定向经常在Web表单中使用。
重定向经常使用 302 状态码表示，指向的地址由 Location 首部提供。
重定向可以使用3个值形式的返回值生成，可可在Response对象中设定。
不过由于使用频繁，Flask提供了 redirect() 辅助函数，用于生成这种响应：
1 from flask import redirect 2 3 @app.route('/') 4 def index(): 5 return redirect('http://www.baidu.com')
from flask import Flask from flask import redirect app = Flask(__name__) @app.route('/') def index(): return redirect('http://www.baidu.com') if __name__ == '__main__': app.run(debug=True)
还有一种特殊的响应有 abort 函数生成，用户处理错误。
在下面这个例子中，如果URL中动态参数 id 对应的用户不存在，就返回状态码 404：
1 from flask import abort 2 3 @app.route('/user/<id>') 4 def get_user(id): 5 user = load_user(id) 6 if not user: 7 abort(404) 8 return '<h1>Hello,%s</h1>' % user.name
注意：abort 不会把控制权交还给调用他的函数，而是抛出异常把控制权交给Web服务器。
2.6 Flask 扩展
Flask 被设置为可扩张形式，故而没有提供一些重要的功能，例如数据库和用户认证，所以开发者可以自由选择最合适的程序包，或者按需自行开发。
社区成员开发了大量不同用途的扩展，如果还不能满足需求，你还可以使用所有Python标准包或代码库。
为了让你知道如何把扩展整合到程序中，接下来我们将在hello.py中添加一个扩展，使用命令行参数增强程序的功能。
使用Flask-Script支持命令行选项
Flask 的开发Web服务器支持很多启动设置选项，但只能在将本中作为参数传给app.run()函数。
这种方式并不十分方便，传递设置选项的理想方式是使用命令行参数。
Flask-Script是一个Flask扩展，为Flask程序添加了一个命令行解析器。
Flask-Script 自带了一组常用选项，而且还支持自定义命令。
Flask-Script 扩展使用pip安装：
pip install flask-script
示例2-3显示了把命令行解析功能添加到hello.py程序中需要修改的地方。
示例2-3 hello.py ： 使用Flask-Script
from flask_script import Manager manager = Manager(app) #... if __name__ == "__main__": manager.run()
from flask import Flask,render_template from flask import request from flask_script import Manager app = Flask(__name__) manager = Manager(app) @app.route("/") #路由 def index(): #视图函数 return render_template('index.html') @app.route("/user/<name>") #动态路由 def user(name): return render_template('user.html',name=name) if __name__ == "__main__": manager.run()
这个扩展的初始化方法也适用于其他很多扩展：把程序实例作为参数传给构造函数，初始化主类的实例。
创建的对象可以在各个扩展中使用。
在这里，服务器由 manager.run() 启动，启动后就能解析命令了。
这样修改之后，程序可以使用一组基本命令行选项。
现在运行hello.py，会显示一个用法消息：
(venv) E:\Gitee\flasky>python hello.py usage: hello.py [-?] {shell,runserver} ... positional arguments: {shell,runserver} shell Runs a Python shell inside Flask application context. runserver Runs the Flask development server i.e. app.run() optional arguments: -?, --help show this help message and exit
shell命令用于在程序的上下文中启动Python shell会话。你可以使用这个会话中运行维护任务或测试，还可以调试异常。
顾名思义， runserver 命令用来启动Web服务器。
运行 python hello.py runserver 将以调试模式启动Web服务器。
但是我们还有很多选项可用：
(venv) E:\Gitee\flasky>python hello.py runserver --help usage: hello.py runserver [-?] [-h HOST] [-p PORT] [--threaded] [--processes PROCESSES] [--passthrough-errors] [-d] [-D] [-r] [-R] [--ssl-crt SSL_CRT] [--ssl-key SSL_KEY] Runs the Flask development server i.e. app.run() optional arguments: -?, --help show this help message and exit -h HOST, --host HOST -p PORT, --port PORT --threaded --processes PROCESSES --passthrough-errors -d, --debug enable the Werkzeug debugger (DO NOT use in production code) -D, --no-debug disable the Werkzeug debugger -r, --reload monitor Python files for changes (not 100% safe for production use) -R, --no-reload do not monitor Python files for changes --ssl-crt SSL_CRT Path to ssl certificate --ssl-key SSL_KEY Path to ssl key
--host 参数是个很有用的选项，它告诉Web服务器在哪个网络接口上监听来自客户端的连接。
默认情况下，Flask开发Web服务器监听localhost上的连接，所以只接受来自服务器所在计算机发起的连接。
下述命令让Web服务器监听公共网络接口上的连接，允许同网中的其他计算机连接服务器：
python hello.py runserver --host 0.0.0.0
现在，Web服务器可使用 http://a.b.c.d:5000/ 网络中的任意一台电脑访问，其中 “a.b.c.d” 是服务器所在计算机的外网IP地址。
本章介绍了请求响应的概念，不过相应的知识还有很多。对于使用模板生成相应，Flask提供了良好支持。
