python应用

   GUI（图形用户界面）

　　python是可以创建GUI的，使用第三方库一般是Tk、wxWidgets、Qt、GTK。 而python自带的是支持Tk的Tkinter，我们这里就来用Tkinter来实现GUI。 其中Tkinter内置了访问Tk的接口。Tk是一个图形库，支持多个操作系统，使用Tcl语言开发，Tk会调用本地操作系统提供的GUI接口，完成最终的GUI。 

　　举例如下：

from tkinter import *
class Application(Frame):
    def __init__(self, master=None):
        Frame.__init__(self, master)
        self.pack()
        self.createWidgets()

    def createWidgets(self):
        self.helloLabel = Label(self, text='Hello world!')
        self.helloLabel.pack()
        self.quitButton = Button(self, text='Quit', command=self.quit)
        self.quitButton.pack()

app = Application()
app.master.title('Hello world！')
app.mainloop()

　　注意，这里我们需要引入tkinter的所有方法，所以是from tkinter import *， 然后创建一个Application类，__init__方法用于创建widgets。而在createWidgets中，我们创建了一个label和一个button，且button的名称是Quit，点击后就会推出程序，运行文件后，效果如下所示：

 

　　另外，我们还可以对这个GUI程序改进一下，让用户输入文字，然后点击按钮之后弹出对话框，如下：

from tkinter import *
import tkinter.messagebox as messagebox

class Application(Frame):
    def __init__(self, master=None):
        Frame.__init__(self, master)
        self.pack()
        self.createWidgets()

    def createWidgets(self):
        self.nameInput = Entry(self) #用户输入内容作为nameInput的值
        self.nameInput.pack() #pack是打包的意思，实际上就是绑定、生效
        self.alertButton = Button(self, text='Hello', command=self.hello)
        self.alertButton.pack() #可以看到，每次我们创建一个Lable或者Input或者alertButton时，需要pack

    def hello(self):
        name = self.nameInput.get() or 'world'
        messagebox.showinfo('Message', 'Hello, %s' % name)
        
app = Application()
app.master.title('Hello world！')
app.mainloop()

　　如上所示。 下面，我们还可以做一个计算机，计算两数字之和，如下所示：

from tkinter import *
import tkinter.messagebox as messagebox

class Application(Frame):
    def __init__(self, master=None):
        Frame.__init__(self, master)
        self.pack()
        self.createWidgets()

    def createWidgets(self):
        self.num1Input = Entry(self) #用户输入内容作为numInput的值
        self.num1Input.pack() #pack是打包的意思，实际上就是绑定、生效
        self.num2Input = Entry(self)
        self.num2Input.pack()
        self.alertButton = Button(self, text='两数之和', command=self.calc)
        self.alertButton.pack() #可以看到，每次我们创建一个Lable或者Input或者alertButton时，需要pack
        self.quitButton = Button(self, text='退出', command=self.quit)
        self.quitButton.pack()

    def calc(self):
        num1 = int(self.num1Input.get()) or 0
        num2 = int(self.num2Input.get()) or 0
        messagebox.showinfo('Message', '和为： %s' % (num1 + num2))
        
app = Application()
app.master.title('求两数之和')
app.mainloop()

from tkinter import *
import tkinter.messagebox as messagebox

class Application(Frame):
    def __init__(self, master=None):
        Frame.__init__(self, master)
        self.pack()
        self.createWidgets()

    def createWidgets(self):
        self.num1Input = Entry(self) #用户输入内容作为numInput的值
        self.num1Input.pack() #pack是打包的意思，实际上就是绑定、生效
        self.num2Input = Entry(self)
        self.num2Input.pack()
        self.alertButton = Button(self, text='两数之和', command=self.calc)
        self.alertButton.pack() #可以看到，每次我们创建一个Lable或者Input或者alertButton时，需要pack
        self.quitButton = Button(self, text='退出', command=self.quit)
        self.quitButton.pack()

    def calc(self):
        num1 = int(self.num1Input.get()) or 0
        num2 = int(self.num2Input.get()) or 0
        messagebox.showinfo('Message', '和为： %s' % (num1 + num2))
        
app = Application()
app.master.title('求两数之和')
app.mainloop()

　　结果如下：

 

　

 

 

 

电子邮件

　　电子邮件的历史比web要久，直到现在，email也是非常常用的。几乎所有的编程语言都支持发送和接受电子邮件。

　　那么电子邮件如何发送呢？比如我的邮件时me@163.com，对方的时friend@sina.com，我们用Outlook或者Foxmail之类的软件写好邮件，填上对方的Email地址，点“发送”，电子邮件就发送出去了。这些电子邮件是MUA：Mail User Agent --- 邮件用户代理。Email从MUA发送出去，不是直接到达对方电脑，而是发到MTA：Mail Transfer Agent --- 邮件传输代理，就是那些Email服务提供商，比如网易、新浪等。 由于我们自己的电子邮件时163.com，所以Email首先被投递到网易提供的MTA，再由网易的MTA发送到对方的服务商，就是新浪的MTA，这个过程可能还会经过别的MTA，但是我们不关心具体路线，只关心速度。Email到达新浪的MTA后，会把邮件投递到目的地MDA ： Mail Delivery Agent --- 邮件投递代理。 email到达MDA后，就会存储在新浪服务器的数据库里，这个长期保存邮件的地方是电子邮件。 同普通邮件类似，Emial不会直接到达对方的电脑，因为对方电脑不一定开机，开机也不一定联网。对方要收到邮件，必须通过MUA从MDA上把邮件取到自己的电脑上。

　　因此：

发件人 -> MUA -> MTA -> MTA -> 若干个MTA -> MDA <- MUA <- 收件人

　　有了上述基本概念，所以编写程序来收发邮件，就是：

1. 编写MUA把邮件发到MTA；

2. 编写MUA从MDA上收邮件                 

 

　　 发邮件时，MUA和MTA使用的协议就是SMTP：Simple Mail Transfer Protocol，后面的MTA到另一个MTA也是用SMTP协议。

　　收邮件时，MUA和MDA使用的协议有两种：POP：Post Office Protocol，目前版本是3，俗称POP3；IMAP：Internet Message Access Protocol，目前版本是4，优点是不但能取邮件，还可以直接操作MDA上存储的邮件，比如从收件箱移到垃圾箱，等等。

　　在使用Python收发邮件前，请先准备好至少两个电子邮件，如xxx@163.com，xxx@sina.com，xxx@qq.com等，注意两个邮箱不要用同一家邮件服务商。

• MUA，邮件用户代理，这个在写邮件端和收邮件端都要有，代理用户的。
• MTA，邮件传输代理，写好邮件了，传输出去，一定要有MTA。
• MDA，邮件投递代理，写好邮件给对方的MDA，而对方如果要获取邮件，也要从MDA（邮件投递代理）那里去取。

　　

　　

SMTP发送邮件

　　SMTP是发送邮件的协议，而python内置对SMTP协议的支持，可以发送纯文本邮件、html邮件、附件邮件。

from email.mime.text import MIMEText
msg = MIMEText('hello, I am wayne zhu', 'plain', 'utf-8') #邮件正文、MIME的subtype、utf-8
from_addr = input('From:')
password = input('Password:')

#输入收件人地址
to_addr = input('To: ')
#输入SMTP服务器地址：
smtp_server = input('SMTP server: ')

import smtplib
# server -> login -> send -> quit
server = smtplib.SMTP(smtp_server, 25) #SMTP协议默认端口是25
server.set_debuglevel(1) #可以打印出和SMTP服务器交互的所有信息
server.login(from_addr, password) #登录SMTP服务器
server.sendmail(from_addr, [to_addr], msg.as_string()) #发送邮件
server.quit()

　　总之，使用python是可以使用内置的SMTP协议发送邮件的。

 

 

POP3收取邮件

　　POP3收取邮件也是非常容易的，即编写一个MUA作为客户端，然后从MDA把邮件获取到用户的电脑或者手机上。 收取邮件最常用的就是POP协议，目前版本为3，即POP3。

　　python内置了一个poplib模块，实现了pop3协议，可以直接用来收邮件。而收邮件可以分为两步：

　　第一： 用poplib把邮件的原始文本下载到本地。

　　第二： 用email解析原始文本，还原为邮件对象。

　　

import poplib

# 输入邮件地址, 口令和POP3服务器地址:
email = input('Email: ')
password = input('Password: ')
pop3_server = input('POP3 server: ')

# 连接到POP3服务器:
server = poplib.POP3(pop3_server)
# 可以打开或关闭调试信息:
server.set_debuglevel(1)
# 可选:打印POP3服务器的欢迎文字:
print(server.getwelcome().decode('utf-8'))

# 身份认证:
server.user(email)
server.pass_(password)

# stat()返回邮件数量和占用空间:
print('Messages: %s. Size: %s' % server.stat())
# list()返回所有邮件的编号:
resp, mails, octets = server.list()
# 可以查看返回的列表类似[b'1 82923', b'2 2184', ...]
print(mails)

# 获取最新一封邮件, 注意索引号从1开始:
index = len(mails)
resp, lines, octets = server.retr(index)

# lines存储了邮件的原始文本的每一行,
# 可以获得整个邮件的原始文本:
msg_content = b'\r\n'.join(lines).decode('utf-8')
# 稍后解析出邮件:
msg = Parser().parsestr(msg_content)

# 可以根据邮件索引号直接从服务器删除邮件:
# server.dele(index)
# 关闭连接:
server.quit()

 　　下面就解析邮件就可以了。不再赘述。

 

 

 

 

访问数据库

　　数据库用于存储数据，这对于任何应用都是不可或缺的。 

　　而数据库一般可以分为关系型数据库（SQL）和非关系型数据库（NoSQL）。注意，本身来说SQL是结构化查询语言的意思，SQL是一种语言，但是很多情况下说SQL是关系型数据库，也可以说是一种语言，根据语境理解。

　　关系型数据库包括：

• Oracle数据库，付费，这是属于甲骨文公司的关系型数据库。尽管付费，Oracle数据库也是世界上占有率最高的关系型数据库。Oracle公司还是非常强大的，瑞典公司MYSQL创建了MYSQL，之后被sun公司收购，接着2009年Oracle公司又收购了sun公司，所以mySQL和oracle都是oracle的。 另外，sun公司下java的版权现在也是数据Oracle的。
• SQL Server数据库，付费， 是微软推出的关系型数据库，和.net框架配套使用。
• DB2数据库，付费，是IBM公司开发的数据库。
• MySQL数据库。免费。因为是开源的，所以被广泛应用
• PostgreSQL数据库，免费，也非常不错，但是知名度不如MySQL。
• sqlite数据库，免费，嵌入式数据库，适合桌面和移动应用。其他细节会在下面具体说。

　　非关系型数据库，其实并不是我们字面上理解的非关系型数据库，实际上NoSQL的全称不是not SQL，而是 not only sql，即不仅仅是关系型数据库， 所以nosql的功能一般更为强大一些，效率更高一些。

• mongodb。开源，mognodb是Mongodb公司开发的开源数据库，该公司美国上市，原名叫做10gen，市值在20亿美元左右。
• redis。开源。k-v非关系型数据库。 

　　

使用SQLite数据库　　

　　SQLite是一种嵌入式数据库，适合桌面和移动应用，他的数据库是一个文件，本身用C写的，体积很小，且python中就内置了SQLite，所以，在python中使用SQLite，不需要安装任何东西，直接使用。

　　众所周知，微信在后台服务器中不保存聊天记录，微信在移动客户端所有的聊天记录都会存在嵌入式数据库SQLite中，一旦这个数据库损坏，将会丢失用户多年的聊天记录。而腾讯监控到现网的损坏率是0.02%，也就是没1w个数据库就会有2个遇到数据库损坏。考虑到这么庞大的用户基数，如果是10亿，那么就有20万个用户数据库损坏，且之前微信的官方修复方法，修复成功率只有30%，损坏率高，修复率低。 而损坏的主要原因就是空间不足、设备断电、文件sync失败，需要一一优化。

　　优化空间占用 。  微信朋友圈会自动删除7天前缓存的图片。但是总的来说对文件空间的使用缺乏一个全局把握。所以，业务文件需要先申请后使用、每个业务文件都要申明有效期，过期文件就会被自动清理。而对于微信之外的占用空间，比如相册、视频、其他app的空间占用，微信本身是做不了什么工作的，只能提示用户进行空间清理。

　　优化文件sync。第一：synchronous = Full， 设置SQLite的文件同步机制为全同步，也要求每个事物的写操作是真的flush到文件里去了。第二：fullfsync = 1，即微信团队与苹果工程师交流之后发现ios平台下还有fullfsync这个选项，可以严格保证吸入顺序和提交顺序一致，设备开发商为了测评数据好看，往往会对提交的数据重排，再统一写入，即写入顺序和app提交顺序不一致。但在某些情况下比如断电会导致不一致。

　　优化效果。优化之后，微信团队使得损坏率降低了一半多。

　　但是微信团队在后台是否保留了聊天记录我还是存疑的，但是即使保留，应该也是定期会清理的，比如只保留最近一到两年的。

　

　　注意：表是数据库中存放关系数据的集合，一个数据库中包含多个表，表和表之间使用外键链接，要操作关系数据库，首先要连接到数据库，一个数据库链接成为Connection； 链接到数据库之后，需要打开游标，称之为Cursor，通过Cursor执行SQL语句，然后，获得执行结果 。 

# 导入SQLite驱动:
>>> import sqlite3
# 连接到SQLite数据库
# 数据库文件是test.db
# 如果文件不存在，会自动在当前目录创建:
>>> conn = sqlite3.connect('test.db')
# 创建一个Cursor:
>>> cursor = conn.cursor()
# 执行一条SQL语句，创建user表:
>>> cursor.execute('create table user (id varchar(20) primary key, name varchar(20))')
<sqlite3.Cursor object at 0x10f8aa260>
# 继续执行一条SQL语句，插入一条记录:
>>> cursor.execute('insert into user (id, name) values (\'1\', \'Michael\')')
<sqlite3.Cursor object at 0x10f8aa260>
# 通过rowcount获得插入的行数:
>>> cursor.rowcount
1
# 关闭Cursor:
>>> cursor.close()
# 提交事务:
>>> conn.commit()
# 关闭Connection:
>>> conn.close()

　　接下来，我们可以试着查询记录：

>>> conn = sqlite3.connect('test.db')
>>> cursor = conn.cursor()
# 执行查询语句:
>>> cursor.execute('select * from user where id=?', ('1',))
<sqlite3.Cursor object at 0x10f8aa340>
# 获得查询结果集:
>>> values = cursor.fetchall()
>>> values
[('1', 'Michael')]
>>> cursor.close()
>>> conn.close()

• 即首先引入sqlite3，然后connection，接着获取到cursor，最后就可以通过cursor.execute()接受的第一个SQL语句进行数据库操作了，常见的操作有insert、update、delete，或者通过select查询到之后使用fetchall获取，最后一定要记得通过close关闭，先关闭cursor，然后再关闭conn。
• 在使用cursor.execute()的select查询时，我们可以使用?作为占位符，第二个参数是一个tuple即可。

 

 

使用MySQL

　　之前使用的SQLite的特点是轻量级、可嵌入，但是不能承受高并发访问，适合桌面和移动应用。 而MySQL是为服务器端设计的数据库，能承受高并发访问，同时占用的内存也远远大于SQLite。

嵌入式我们听得很多，那嵌入式究竟是什么呢？为什么说SQLite是嵌入式的呢？

　　因为嵌入式值得是把软件（代码）直接烧录在硬件里（不需要从外部获取），而不是安装在外部存储介质上。比如SQLite就是把数据库文件直接存在本地，而不是从服务器端获取，所以是嵌入式的。

 　　由于MySQL服务器以独立的进程运行，并通过网络对外服务，所以，需要支持python的MySQL驱动来链接到MySQL服务器。 MySQL官方提供了mysql-connector-python驱动，但是安装的时候需要给pip命令加上参数 --allow-external:

pip install mysql-connector-python --allow-external mysql-connector-python

　　下面，我们就可以连接到MySQL服务器的test数据库：

# 导入MySQL驱动:
>>> import mysql.connector
# 注意把password设为你的root口令:
>>> conn = mysql.connector.connect(user='root', password='password', database='test')
>>> cursor = conn.cursor()
# 创建user表:
>>> cursor.execute('create table user (id varchar(20) primary key, name varchar(20))')
# 插入一行记录，注意MySQL的占位符是%s:
>>> cursor.execute('insert into user (id, name) values (%s, %s)', ['1', 'Michael'])
>>> cursor.rowcount
1
# 提交事务:
>>> conn.commit()
>>> cursor.close()
# 运行查询:
>>> cursor = conn.cursor()
>>> cursor.execute('select * from user where id = %s', ('1',))
>>> values = cursor.fetchall()
>>> values
[('1', 'Michael')]
# 关闭Cursor和Connection:
>>> cursor.close()
True
>>> conn.close()

可以看到，对于MySQL的链接还是和SQLite是类似的，引入mysql.connector之后，就可以使用用户名、密码连接到到指定的数据库，然后获得cursor，最后就可以使用cursor.execute来执行相关的SQL语句了。

　　注意：在执行insert操作之后要使用commit()提交事务。

　　

使用SQLAlchemy

　　数据库是一个二维表，如下所示：

[
    ('1', 'Michael'),
    ('2', 'Bob'),
    ('3', 'Adam')
]　　

　　我们还可以通过下面的class实例很容易的看出结构：

class User(object):
    def __init__(self, id, name):
        self.id = id
        self.name = name

[
    User('1', 'Michael'),
    User('2', 'Bob'),
    User('3', 'Adam')
]

　　这就是ORM技术了，即Object-Relational Mapping，对象关系映射，可以把关系数据库的表结构映射到对象上，即ORM将数据库中的表与面向对象语言中的类建立了一种对应关系。

　 SQLAlchemy是python社区最为知名的ORM工具之一，为高效和高性能的数据库访问设计，实现了完整的企业级持久模型。

　 首先，我们通过pip安装：

pip install sqlalchemy

　 然后，利用上次我们在MySQL上的test数据库中创建的user表，用SQLAlchemy来试一试：

    第一步，导入SQLAlchemy，并初始化DBSession：

# 导入:
from sqlalchemy import Column, String, create_engine
from sqlalchemy.orm import sessionmaker
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base

# 创建对象的基类:
Base = declarative_base()

# 定义User对象:
class User(Base):
    # 表的名字:
    __tablename__ = 'user'

    # 表的结构:
    id = Column(String(20), primary_key=True)
    name = Column(String(20))

# 初始化数据库连接:
engine = create_engine('mysql+mysqlconnector://root:password@localhost:3306/test')
# 创建DBSession类型:
DBSession = sessionmaker(bind=engine)

　　以上代码完成SQLAlchemy的初始化和具体每个表的class定义。如果有多个表，就继续定义其他class，例如School：

class School(Base):
    __tablename__ = 'school'
    id = ...
    name = ...

　　。。。。

　　ORM框架的作用就是把数据库表的一行记录与一个对象互相做自动转换。 而正确使用ORM的前提是了解关系数据库的原理。

 

 

 

 WEB开发

　　最早的软件是运行在大型机上的，软件使用者通过哑终端登录到大型机上去运行软件，后来PC机的兴起，软件开始运行在桌面上，而数据库这样的软件运行在服务器上，这种Clinet/Server模式成为C/S架构。

　　随着互联网的兴起，人们发现，CS架构不适合Web，最大的原因是桌面app的升级非常麻烦，需要用户重新下载，而浏览器上的web应用程序只要服务器端改变就改变了，升级非常迅速，因此，Browser/Server模式开始流行，简称为B/S架构。

　　python的诞生历史比web还要早，且由于python是一种解释型的脚本原因，开发效率高，所以非常适合做web开发。

 

WSGI接口

　　因为BS架构的实质就是浏览器发送一个http请求，然后用一个现成的HTTP服务器来接受用户请求，从文件中读取html并返回，Apache、Nginx、Lighttpd等这些常见的静态服务器就是干这件事的。　　

 　　而我们使用python怎么办呢？难道要自己封装http请求、TCP链接等这些基础的任务吗？ 不是的！ 为了我们专心使用python编写web业务，python内置了接口： WSGI --- web server gateway interface。通过这个接口，我们就可以很容易的使用python做后台编写web业务了。

　　定义如下所示：

def application(environ, start_response):
  start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
  return [b'<h1>Hello, web!</h1>']

　　如上所示的application就是一个web处理函数，它接受两个参数：

• environ: 一个包含所有HTTP请求的dict对象；
• start_response：一个发送HTTP响应的函数。

　　当然，一个web处理函数，当然要先接受http请求的相关信息，然后再进行http响应，有了请求和响应，就可以构成一个服务器的web处理函数了。

　　而application中start_response函数的调用也接受了两个参数：

• 第一个参数是一个字符串：HTTP响应码
• 第二个参数是一个list，list中有tuple，这个tuple是HTTP header，而这里的Content-Type是非常常用的header，当然还有其他的header需要传入。

 　　最后，return了一个字符串，这个就做为了http响应的body发送给了浏览器。

　　如上所示，application函数接受了http请求作为参数，解析之后，可以发出http响应，即包含响应头和body。这样，使用python的wsgi就可以轻易的完成http请求和响应了，而不需要接触底层的代码。

　　但是，这个application()函数如何调用呢？ 还要传入environ参数和start_response函数，这个我们怎么写呢？一般应该是服务器调用的啊。 好消息是python内置了一个wsgi服务器，这个模块叫做wsgiref，它是纯python编写的wsgi服务器的参考实现，所谓‘参考实现’是指完全符合wsgi标准，但是不考虑任何运行效率，进攻开发和测试使用。

　　

运行wsgi服务

　　ok，我们先编写foo.py，如下：

def application(environ, start_response):
  start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
  return [b'<h1>Hello, web!</h1>']

　　接下来就是引入wsgi服务器模块，然后着手搭建一个服务器并调用上面的处理函数，如下为server.py：

# server.py
# 从wsgiref模块导入
from wsgiref.simple_server import make_server

#导入之前编写的application函数
from foo import application

#创建http服务器，ip地址为空（通过localhost访问），端口是8000，处理函数是application
http = make_server('', 8000, application)
print('Serving HTTP on port 8000...')

#开始监听HTTP请求
http.serve_forever()

　　如上，运行这个server.py文件之后，我们就可以在浏览器localhost:8000打开了，如下：

     

　　注意：但我们在命令行中输入 python server.py时，只是打开了服务器，因为没有请求，所以application函数没有调用，而一旦在浏览器中输入localhost:8000，这个application函数才会处理http请求，然后做出响应。　　

　　当然，如果我们还可以从environ中读取到更多的信息，比如，我们将foo.py中的application函数中添加代码如下：

  for i,j in environ.items():
    print(i,j)

　　这样，在启动服务器然后进行请求之后，就会打印出environ这个请求dict的具体条目，如下我选取了一些常用的：

SERVER_PORT 8000
SERVER_PROTOCOL HTTP/1.1
REQUEST_METHOD GET 
PATH_INFO / 
QUERY_STRING
REMOTE_ADDR 127.0.0.1
CONTENT_TYPE text/plain
HTTP_HOST localhost:8000
HTTP_CONNECTION keep-alive
HTTP_CACHE_CONTROL max-age=0
HTTP_USER_AGENT Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/65.0.3325.181 Safari/537.36
HTTP_ACCEPT text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8
HTTP_ACCEPT_ENCODING gzip, deflate, br
HTTP_ACCEPT_LANGUAGE zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8
HTTP_COOKIE _ga=GA1.1.239236614.1512745292
wsgi.run_once False

　　如上，包括服务器端口号8000、http协议使用的版本1.1、请求方法get、PATH_INFO /（即loacalhost之后的path）、QUERY_STRING查询字符串、远程地址、CONTENT_TYPE、HTTP_HOST等等都是请求中非常重要的参数。

　　所以，对于application，我们也可以写的更为复杂一些：

def application(environ, start_response):
  start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
  body = '<h1>Hello, %s</h1>' % (environ['PATH_INFO'][1:] or 'web')
  body = body + '<h2> request method %s </h2>' % (environ['REQUEST_METHOD'] or 'get')
  body = body + '<h2> content-type %s' % (environ['CONTENT_TYPE'])
  return [body.encode('utf-8')]

　　如上所示，字符串可以使用 + 来进行拼接，最后的结果如下：

　　

　　

使用web框架

　　使用web框架比使用wsgi更抽象，写起来逻辑更清楚，效率更高，而Flask框架就是这样的框架，它比较简单、轻量，我们首先安装Flask：

pip install flask

　　然后，写一个app.py，处理三个URL，分别是：

• GET /: 首页，返回Home
• GET /signin: 登录页，显示登录表单
• POST /signin: 处理登录表单，显示登录结果　　

 　　代码如下所示：

from flask import Flask
from flask import request

app = Flask(__name__)

@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def home():
  return '<h1>Home</h1>'

@app.route('/signin', methods=['GET'])
def signin_form():
  return '''<form action="/signin" method="post">
          <p><input name="username"></p>
          <p><input name="password" type="password"></p>
          <p><button type="submit">Sign In</button></p>
          </form>'''

@app.route('/signin', methods=['POST'])
def signin():
  if request.form['username'] == 'admin' and request.form['password'] == 'password':
    return '<h3>Hello, admin!</h3>'
  return '<h3>Bad username or password.</h3>'

if __name__ == '__main__':
  app.run()

　　运行如下：

C:\Users\Administrator\Desktop>python app.py
 * Restarting with stat
 * Debugger is active!
 * Debugger PIN: 211-799-158
 * Running on http://127.0.0.1:5000/ (Press CTRL+C to quit)

　　然后我们在浏览器打开http://127.0.0.1:5000/即可，可以看到，使用flask框架之后，我们这里使用了装饰器，即高级函数，这样，我们使用route接受两个参数，第一个是PATH，第二个指定方法即可，接下来定义一个返回值。

　　并且，对于wsgi我们在修改代码之后需要重启服务器，而使用了flask框架之后，我们在修改代码之后服务器会自动重启更新。且flask制定了域名和端口，而不需要我们自行设定。

　　另外，flask将response的内容又进行了封装，而我们只需要写一些核心的函数即可。

　    另外，request即用户的请求对象，我们可以打印其中的一些结果：

@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def home():
  print(request.method)
  print(request.host)
  print(request.headers)
  print(request.data)
  print(request.values)
  print(request.url)
  return '<h1>waynezhu</h1>'

　　在后台可以看到数据如下：

GET
127.0.0.1:5000
Host: 127.0.0.1:5000
Connection: keep-alive
Cache-Control: max-age=0
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/65.0.3325.181 Safari/537.36
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8


b''
CombinedMultiDict([ImmutableMultiDict([]), ImmutableMultiDict([])])
http://127.0.0.1:5000/

　　注意：python是敏捷开发很好的语言，而java的开发就做不到python如此敏捷，因为java的开发量会比较大，难以做出迅速的改变，而python开发迅速，你可以在一两个小时就做出一个功能，这样对于创业型公司来说，需求更改频繁，使用python也可以很好的应付过来。

　　当然，Flask是非常流行，对初学者也是很友好的，但是还有其他的框架使用的也非常广泛，如下：

• Django：和Flask一样非常流行，但是Flask的特点是轻，Django的特点是重，比如自带了模板引擎等，所以Flask开发小项目比较合适，如果开发大项目也可以，但需要额外寻找一些功能库。而Django是自身就已经很完善了，学好之后我们就可以很好的运用在大型项目中。 就像vue和angular的区别。所以Django有很好的学习价值，只是不适合初学者学习，因为有太多的东西需要学习，一下子难以吸收。
• Tornado：传说中性能很高的框架。支持异步处理的功能，这是他的特点，其他框架没有。Tornado的设计更注重RESTful URL；数据库操作需要自己扩展，不支持ORM，快速开发比较吃力，如果要ORM支持，需要自己写一层将SQLlchemy和Tornado联系起来，知乎是使用Tornado开发的，而Quora也是。
• web.py：一个小巧的web框架。使用不多，不做更多介绍。
• Quixote：著名的豆瓣就是基于Quixote开发的，他的路由有些特别，但性能非常不错。
• Pyramid：在豆瓣的某些产品线上也是用了Pyramid框架，国内还有《码农周刊》在用这个框架，它是一个非常成熟的企业级别的web框架。其轻重适宜，在Django和Flask之间。
• Bottle：Bottle和Flask都属于轻量级的web框架，但是Bottle似乎没落了，也许跟他的api设计有关系，用起来也不是很顺手。

　　

　　

 

使用模板

　　HTML在大型网站中还是非常复杂的，如果都像之前的flask程序中那样返回html是不可取的，况且一般我们还需要大量的css和js，显然我们需要换一种方式来返回HTML文件。于是，模板就出现了。

　　使用模板，我们需要预先准备一个HTML文档，这个HTML文档不是普通HTML，而是嵌入了一些变量和命令，然后，根据我们传入的数据，替换后，就得到了最终的HTML，发送给用户：

 

 

　　这就是MVC的设计模式了，M就是model，即数据，比如这里替换的name就是数据； V是view，然后这个html模板就是view了，即展示在用户面前的；而C是controller，是控制器，即检查用户名是否存在、取出用户信息等。 　　

　　那么使用了模板之后，我们就可以将之前的app.py加以修改了，下面使用到的render_template函数就是渲染模板，即将模板渲染为html文件并将其中的变量等加以替换。

from flask import Flask,request,render_template

app = Flask(__name__)

@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def home():
  return render_template('home.html')

@app.route('/signin', methods=['GET'])
def signin_form():
  return render_template('form.html')

@app.route('/signin', methods=['POST'])
def signin():
  username = request.form['username']
  password = request.form['password']
  if username == 'admin' and password == 'password':
    return render_template('signin-ok.html', username=username)
  return render_template('form.html', message='Bad username or password', username=username)

if __name__ == '__main__':
  app.run()

　　如上所示，我们就完成了改写，下面我们就要开始写模板了，在python中内置了jinja2模板，我们直接pip install jinja2即可，注意安装之后是不需要引入的，然后编写下面的模板。

　　home.html如下

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>Home</title>
</head>
<body>
  <h1 style="font-style: italic">Home</h1>
</body>
</html>

　　form.html如下：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>Please Sign in</title>
</head>
<body>
  {% if message %}
  <p style="color: red">{{ message }}</p>
  {% endif %}
  <form action="/signin" method="post">
    <legend>Please sign in:</legend>
    <p><input name="username" placeholder="username" value="{{ username }}" type="text"></p>
    <p><input name="password" placeholder="password" type="password"></p>
    <p><button type="submit">Sign In</button></p>
  </form>
</body>
</html>

　可以看到jinja2的语法是使用{{}}来包含变量，并且其中的python代码使用{% %}来包含。　

    signin-ok.html如下：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>success</title>
</head>
<body>
  <p>Welcome, {{ username }}</p>
</body>
</html>

　　这样，我们就可以python app.py运行并访问了！ 

 

　　如上，如果登录失败，会提示登录失败，并且将之前的用户名保留，这是非常符合我们使用网站登录的习惯的。

 

异步IO

　　这个还是很好理解的，js、node中有很多异步io的例子。那么异步IO出现的原因是什么呢？ 

　　程序执行的过程中，往往会遇到IO的情况，比如网络请求、硬盘文件读取，而这些都是非常耗时的，在处理网络、文件读取这些IO操作的时候，CPU只能处于空闲状态，这样后面的代码也是无法执行的，只有等到IO结束，才能执行后面的代码。 为了解决这个问题，就有两种解决方式了：

• 第一：对于python、java这种可以设置多进程多线程的高级语言，就让某些线程专门去处理速度慢的IO，然后让一部分进程或线程去处理后续代码的计算。 这样，IO就不会阻塞了。但是如果进程或者线程多了，CPU在不同进程线程之间的切换也是非常耗时的，甚至得不偿失。于是，就有了下面这种方法。
• 第二：异步IO。 即进行IO操作时，我们不让CPU继续等待，而是直接执行后面的代码，但是要设置一个event_loop，当IO返回结果时通知cpu，cpu再去处理这个结果，这就是异步IO了，它可以很好地解决阻塞的问题。 

协程

　　协程的概念早就出来了，英文名是Coroutine，只是最近几年才在Lua中得到广泛应用而被提起。

　　而在JavaScript中我们也是有协程的概念的，我的文章就有介绍。比如一个A函数和一个B函数，执行A函数到某个语句时，可能会突然停止，转向去执行B，然后B又执行了一段时间，又转向去执行A，但是A和B函数是独立的，并不是A中调用了B或者B中调用A，这就是协程，有有些像多线程，但协程不是多线程，因为协程的特点就是只有一个线程执行。 

　　而协程优点：执行效率高于多线程，因为没有线程切换的开销，且与之比较的线程数量越多，协程的性能优势越明显。另外，协程是一个线程执行，所以不需要多线程的锁机制，不存在变量冲突的问题，只判断状态就好，所以执行效率比较高。

　　和JavaScript相同，Python中协程的实现也是通过generator实现的，在generator中，我们不但可以通过for循环来迭代，还可以不断调用next()函数获取由yield语句返回的下一个值。

def consumer():
    r = ''
    while True:
        n = yield r
        if not n:
            return
        print('[CONSUMER] Consuming %s...' % n)
        r = '200 OK'

def produce(c):
    c.send(None)
    n = 0
    while n < 5:
        n = n + 1
        print('[PRODUCER] Producing %s...' % n)
        r = c.send(n)
        print('[PRODUCER] Consumer return: %s' % r)
    c.close()

c = consumer()
produce(c)

　　如上所示，就是一个协程的例子，执行结果如下：

[PRODUCER] Producing 1...
[CONSUMER] Consuming 1...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 2...
[CONSUMER] Consuming 2...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 3...
[CONSUMER] Consuming 3...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 4...
[CONSUMER] Consuming 4...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 5...
[CONSUMER] Consuming 5...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK

　　这里的consumer函数是一个generator，把一个consumer传入produce之后：

1. 首先调用c.send(None)启动生成器；注意： send函数和next函数的作用是类似的。

2. 然后，一旦生产了东西，通过c.send(n)切换到consumer执行；

3. consumer通过yield拿到消息，处理，又通过yield把结果传回；

4. produce拿到consumer处理的结果，继续生产下一条消息；

5. produce决定不生产了，通过c.close()关闭consumer，整个过程结束。

　　 可以看到，一般，我们使用generator就可以轻易的实现一个协程了，并且，协程的执行过程也是非常容易理解的，就是在generator中的yield中断，到另外一个函数执行，另外一个函数执行到send的时候，就会再回到generator执行了，如此循环往复即可。

　　 整个流程无锁，由一个线程执行，produce和consumer协作完成任务，所以称为“协程”，而非线程的抢占式多任务。

　　

 

asyncio

　　asyncio是Python 3.4版本引入的，直接内置了对异步IO的支持，他的编程模型是一个消息循环，我们从asyncio模块中直接获取一个EventLoop的引用，然后把需要执行的协程扔到EventLoop中执行，就实现了异步IO。

import asyncio
@asyncio.coroutine
def hello():
    print("Hello world!")
    # 异步调用asyncio.sleep(1):
    r = yield from asyncio.sleep(1)
    print("Hello again!")

# 获取EventLoop:
loop = asyncio.get_event_loop()


# 执行coroutine
loop.run_until_complete(hello())
loop.close()

　　@asyncio.coroutine把一个generator标记为coroutine类型，然后，我们就把这个coroutine扔到EventLoop中执行了，首先hello()打印出了Hello world!，然后yield from拿到返回值，然后接着执行下一句，asyncio.sleep(1)可以看成是一个耗时1秒的IO操作，这个过程中，主线程并没有等待，而是去执行EventLoop中其他可以执行的coroutine了，因此可以实现并发执行。

　　下面，我们可以用Task封装两个coroutine试一试：

import threading
import asyncio

@asyncio.coroutine
def hello(num):
  print(num, 'Hello world! (%s)' % threading.currentThread()) #打印当前线程名称
  yield from asyncio.sleep(1)
  print(num, 'Hello again! (%s)' % threading.currentThread())

loop = asyncio.get_event_loop()
tasks = [hello(1), hello(2)]

loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close() #注意：最后一定要关闭这个EventLoop

　　如上所示，我们引入了threading模块用来打印当前线程，用asyncio来方便实现协程并交由EventLoop，接着我们创建了一个tasks，最后开始执行，执行完毕，我们就需要关闭这个EventLoop，结果如下：

2 Hello world! (<_MainThread(MainThread, started 6536)>)
1 Hello world! (<_MainThread(MainThread, started 6536)>)
2 Hello again! (<_MainThread(MainThread, started 6536)>)
1 Hello again! (<_MainThread(MainThread, started 6536)>)

　　可以看到，我们传入的时1和2，但是在执行的时候却先执行的2后执行的1，然后2执行到yield的时候有一个IO操作，所以这时cpu并没有停下来，而是在EventLoop中找到了另外一个去执行，等到IO返回的时候，又回到了2去执行，之后又去执行1。 并且由于这是协程来实现的并发执行，所以可以看到两个 coroutine 都是由同一个进程并发执行的。所以，即使是把asyncio.sleep()替换成真正的IO操作，则多个coroutine就可以由一个线程并发执行了。

　　所以，我们可以看到asyncio提供了完善的异步IO支持； 异步操作需要在coroutine中通过yield from完成（即这个yield from 后面应当是一个IO操作，这个操作是费时的，且无需CPU），那么这时CPU就会去tasks中的其他任务使用，而使得CPU的利用更充分。当然，多个coroutine可以封装成一组Tasks然后并发执行。

　　

 

 

async/await　　

　　用asyncio提供的@asyncio.coroutine可以把一个generator标记为coroutine（协程）类型，然后在coroutine内部用yield from低啊用另外一个coroutine实现异步操作。

　　而为了更好的标识异步IO，从python 3.5开始引入了新的语法async和await，可以让coroutine的代码更简洁易读。 注意： async和await是针对oroutine的新语法，本质没有变，要使用这个语法，需要做如下替换：

•  把@asyncio.couroutine换成async
• 把yield from换成await

　　而剩下的完全不变，我们对上面的例子做出修改，如下：

import threading
import asyncio

async def hello(num):
  print(num, 'Hello world! (%s)' % threading.currentThread()) #打印当前线程名称
  await asyncio.sleep(1)
  print(num, 'Hello again! (%s)' % threading.currentThread())

loop = asyncio.get_event_loop()
tasks = [hello(1), hello(2)]

loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close() #注意：最后一定要关闭这个EventLoop

　　如上所示，我们可以发现，使用了async/await之后代码更加简洁，最终的结果也是一致的。所以说，这里的async/await函数也是可以理解为协程了。另外，这个await的返回值是存在的，左边也可以有一个变量接受返回值，当然如果后面的式子没有指定返回值，那么返回值就是None了。

　　

　　

aiohttp （一种基于async的http框架）

　　asyncio可以实现单线程并发IO操作，如果仅仅用在客户端，发挥的威力不大，但把asyncio用在服务器端，例如web服务器，由于HTTP链接就是IO操作，因此可以用单线程+coroutine实现多用户的高并发支持。

　　asyncio实现了TCP、UDP、SSL等协议，aiohttp则是基于asyncio实现的http框架, aio 解释为 asyncio 的简称，http表示这是一种http框架。

　　如下，我们首先安装aiohttp:

pip install aiohttp

　　 然后编写一个HTTP服务器，分别处理以下URL：

• / - 首页返回b'<h1>Index</h1>'；

• /hello/{name} - 根据URL参数返回文本hello, %s!。

　　代码如下所示：

import asyncio

from aiohttp import web

async def index(request):
    await asyncio.sleep(0.5)
    return web.Response(body=b'<h1>Index</h1>')

async def hello(request):
    await asyncio.sleep(0.5)
    text = '<h1>hello, %s!</h1>' % request.match_info['name']
    return web.Response(body=text.encode('utf-8'))

async def init(loop):
    app = web.Application(loop=loop)
    app.router.add_route('GET', '/', index)
    app.router.add_route('GET', '/hello/{name}', hello)
    srv = await loop.create_server(app.make_handler(), '127.0.0.1', 8000)
    print('Server started at http://127.0.0.1:8000...')
    return srv

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(init(loop))
loop.run_forever()

　　注意aiohttp的初始化函数init()也是一个coroutine，loop.create_server()则利用asyncio创建TCP服务。

　　可以看到，这就是web后台处理网络请求的代码了，对于IO来说，接收到一个请求，我们往往需要进入数据库，读取某些文件，然后再返回给前台，但是打开数据库，读取文件的这个过程是比较缓慢的，所以，这里使用了异步IO之后，我们就可以在打开数据库、读取文件的过程中使得这个线程处理其他程序，即把此时空闲的cpu交给其他程序使用，然后等到IO操作结束之后，我们就可以使得CPU继续在原来的程序工作，这样的异步IO操作就使得CPU的利用率很高，并且不会出现阻塞的情况了，同样的Nodejs的优点也是异步IO，这样也就解决了高并发的问题。