如何理解WEB开发中的Python WSGI协议(python,web,wsgi,编程语言)

Web应用程序开发

Web应用程序的本质是什么

简单描述Web应用程序的本质，就是我们通过浏览器访问互联网上指定的网页文件展示到浏览器上。

流程如下图:

从更深层次一点的技术角度来看，由以下几个步骤：

• 浏览器，将要请求的内容按照HTTP协议发送服务端

• 服务端，根据请求内容找到指定的HTML页面

• 浏览器，解析请求到的HTML内容展示出来

HTTP协议的全称是HyperText Transfer Protocol（超文本传输协议）

HTTP协议是我们常用的五层协议中的应用层(5层从上到下是应用层，传输层，网络层，数据链路层，物理层)，HTTP协议中协定的内容称之为消息，消息主要包括消息头——Header和消息体——Body。

客户端请求时的消息称为Request，服务端响应时的消息称为Response.

Header：包括请求方法，HTTP版本，URI，状态码，COOKIE等

Body：是响应或者请求时的内容，包含HTML,CSS,JS等

HTTP协议这里就不做过多的描述，可以到点击这里深入了解HTTP协议

HTML的全称是Hyper Text Markup Language（超文本标记语言）

简单点说，HTML 是一种由不同元素组成的标记语言，它定义了网页内容的含义和结构，所有我们在浏览器中看到的内容都是由一个一个的元素组成。除 HTML 以外的其它技术则通常用来描述一个网页的表现与展示效果（如 CSS），或功能与行为（如 JavaScript）。

WEB开发的历程

静态开发

直接将写好的HTML页面放在服务器上，然后直接通过浏览器访问指定服务器的文件。

动态开发

随着我们的需求变化单独使用静态开发已经不能完全满足我们。例如我们查看的页面只有部分内容会变化，那我们再去开发相同的页面。一是开发上是一种重复工作，完全是一种浪费。二是数据量变化巨大时，完全是跟不上速度，并且数据变化也不是定时更新。为了应对这种问题，动态网页技术也就诞生了。早期的动态网页开发技术是CGICGI全称：CommonGatewayInterface，通用网关接口，它是一段程序，运行在服务器上如：HTTP服务器，提供同客户端HTML页面的接口。CGI程序可以是Python脚本，PERL脚本，SHELL脚本，C或者C++程序等。各种编程语言也针对动态网页开发给出不同的解决方案，JAVA的servlet，Python的WSGI协议等。

Python的WSGI协议也是我们本章要讲的内容

CGI流程

WSGI的流程

什么是WSGI

WSGI全称是Web Server Gateway Interface，其主要作用是Web服务器与Python Web应用程序或框架之间的建议标准接口，以促进跨各种Web服务器的Web应用程序可移植性。

WSGI并不是框架而只是一种协议，我们可以将WSGI协议分成三个组件Application，Server，Middleware和协议中传输的内容。

将这三个组件对映射到我们具体使用的组件是：

Server：常用的有uWSGI，gunicorn等

Application：Django，Flask等

Middleware： Flask等框架中的装饰器

点击这里查看官方关于WSGI协议的定义

组件Application

应用程序，是一个可重复调用的可调用对象，在Python中可以是一个函数，也可以是一个类，如果是类的话要实现__call__方法，要求这个可调用对象接收2个参数，返回一个内容结果

接收的2个参数分别是environ和start_response。

• environ是web服务器解析HTTP协议的一些信息，例如请求方法，请求URI等信息构成的一个Dict对象。

• start_response是一个函数，接收2个参数，一个是HTTP状态码，一个HTTP消息中的响应头。

依照官方提供的示例用函数实现应用程序

defsimple_app(environ,start_response):"""Simplestpossibleapplicationobject"""status='200OK'response_headers=[('Content-type','text/plain;charset=utf-8')]start_response(status,response_headers)return_body=[]forkey,valueinenviron.items():return_body.append("{}:{}".format(key,value))return_body.append("\nHelloWSGI!")#返回结果必须是bytesreturn["\n".join(return_body).encode("utf-8")]

组件Server

Web服务器，主要是实现相应的信息转换，将网络请求中的信息，按照HTTP协议将内容拿出，同时按照WSGI协议组装成新的数据，同时将提供的start_response传递给Application。最后接收Application返回的内容，按照WSGI协议解析出。最终按照HTTP协议组织好内容返回就完成了一次请求。

Server操作的步骤如下：

1. 根据HTTP协议内容构建envrion

2. 提供一个start_response函数，接收HTTP STATU 和 HTTP HEADER

3. 将envrion和start_response作为参数调用Application

4. 接收Application返回的结果

5. 按照HTTP协议，顺序写入HTTP响应头（start_response接收），HTTP响应体（Application返回结果）

下面这个是pep3333协议中的一个server例子，按照CGI请求的方式来实现。

importos,sysenc,esc=sys.getfilesystemencoding(),'surrogateescape'defunicode_to_wsgi(u):#ConvertanenvironmentvariabletoaWSGI"bytes-as-unicode"stringreturnu.encode(enc,esc).decode('iso-8859-1')defwsgi_to_bytes(s):returns.encode('iso-8859-1')defrun_with_cgi(application): #按照WSGI协议，构建environ内容 #1类CGI相关的变量，此脚本就是用于cgi执行，所以前面的web服务器已经将CGI变量封装好，这里直接使用environ={k:unicode_to_wsgi(v)fork,vinos.environ.items()}#2类wsgi定义的变量environ['wsgi.input']=sys.stdin.bufferenviron['wsgi.errors']=sys.stderrenviron['wsgi.version']=(1,0)environ['wsgi.multithread']=Falseenviron['wsgi.multiprocess']=Trueenviron['wsgi.run_once']=Trueifenviron.get('HTTPS','off')in('on','1'):environ['wsgi.url_scheme']='https'else:environ['wsgi.url_scheme']='http'headers_set=[]headers_sent=[]defwrite(data): #将内容返回out=sys.stdout.bufferifnotheaders_set:raiseAssertionError("write()beforestart_response()")elifnotheaders_sent:#Beforethefirstoutput,sendthestoredheadersstatus,response_headers=headers_sent[:]=headers_setout.write(wsgi_to_bytes('Status:%s\r\n'%status))forheaderinresponse_headers:out.write(wsgi_to_bytes('%s:%s\r\n'%header))out.write(wsgi_to_bytes('\r\n'))out.write(data)out.flush()defstart_response(status,response_headers,exc_info=None):ifexc_info:try:ifheaders_sent:#Re-raiseoriginalexceptionifheaderssentraiseexc_info[1].with_traceback(exc_info[2])finally:exc_info=None#avoiddanglingcircularrefelifheaders_set:raiseAssertionError("Headersalreadyset!")headers_set[:]=[status,response_headers]#Note:errorcheckingontheheadersshouldhappenhere,#*after*theheadersareset.Thatway,ifanerror#occurs,start_responsecanonlybere-calledwith#exc_infoset.returnwrite #将上面处理的参数交给应用程序result=application(environ,start_response)try: #将请求到的结果写回。fordatainresult:ifdata:#don'tsendheadersuntilbodyappearswrite(data)ifnotheaders_sent:write('')#sendheadersnowifbodywasemptyfinally:ifhasattr(result,'close'):result.close()

组件Middleware

中间件，可以理解为对应用程序的一组装饰器。

在应用程序端看来，它可以提供一个类start_response函数，可以想start_response函数一样接收HTTP STATU和Headers；和environ。

在服务端看来，他可以接收2个参数，并且可以返回一个类Application对象。

下面看一个例子，记录每次请求的消耗时间：

importtimeclassResponseTimingMiddleware(object):"""记录请求耗时"""def__init__(self,app):self.app=appdef__call__(self,environ,start_response):start_time=time.time()response=self.app(environ,start_response)response_time=(time.time()-start_time)*1000timing_text="记录请求耗时中间件输出\n\n本次请求耗时:{:.10f}ms\n\n\n".format(response_time)response.append(timing_text.encode('utf-8'))returnresponse

协议内容

重点看environ有哪些内容，这里面才是浏览器每次请求时的信息。再深入一点探索，就是HTTP请求消息中的请求头和请求体都是怎么定义及怎么回去的。

environ是一个字典，environ中要包含CGI定义的变量，主要是将HTTP协议中的内容，比如请求方法，POST/GET，请求URI等，另外是WSGI协议自己定义的变量，比如请求body中要读取的信息等。列一下主要变量项如下：

CGI相关变量

变量说明REQUEST_METHODPOST,GET等,HTTP请求的动词标识SERVER_PROTOCOL服务器运行的HTTP协议. 这里当是HTTP/1.0.PATH_INFO附加的路径信息, 由浏览器发出.QUERY_STRING请求URL的“？”后面的部分CONTENT_TYPEHTTP请求中任何Content-Type字段的内容CONTENT_LENGTH标准输入口的字节数.HTTP_[变量]其他一些变量，例如HTTP_ACCEPT，HTTP_REFERER等

上述内容是动态开发的根基，只有根据上述内容才可以标准化的动态处理请求。

WSGI定义变量

变量说明wsgi.versionWSGI版本,要求是元组(1,0),标识WSGI 1.0协议wsgi.url_scheme表示调用应用程序的URL的协议，http或httpswsgi.input类文件对象，读取HTTP请求体字节的输入流wsgi.errors类文件对象，写入错误输出的输出流wsgi.multithread如果是多线程，则设置为True，否则为False。wsgi.multiprocess如果是多进程，则设置为True，否则为False。wsgi.run_once如果只需要运行一次，设置为True

WSGI协议对于两个输入输出流有一些方法必须要实现

流方法wsgi.inputread(size)wsgi.inputreadline()wsgi.inputreadlines(hint)wsgi.inputiter()wsgi.errorsflush()wsgi.errorswrite(str)wsgi.errorswritelines(seq)

这些基本上就是WSGI协议中定义的主要变量，也基本上涵盖了我们开发时所需要的变量。

Server端按照协议的内容生成这些environ字典，然后将请求信息交给Application，Application根据这些信息确认请求要处理的内容，然后返回响应消息。从头顺下来就是这个流程。

示例展示

Server端涉及到实现http相关内容，我们直接使用python内置wsgiref来实现，具体代码如下：

importtimefromwsgiref.simple_serverimportmake_serverclassResponseTimingMiddleware(object):"""记录请求耗时"""def__init__(self,app):self.app=appdef__call__(self,environ,start_response):start_time=time.time()response=self.app(environ,start_response)response_time=(time.time()-start_time)*1000timing_text="记录请求耗时中间件输出\n\n本次请求耗时:{:.10f}ms\n\n\n".format(response_time)response.append(timing_text.encode('utf-8'))returnresponsedefsimple_app(environ,start_response):"""Simplestpossibleapplicationobject"""status='200OK'response_headers=[('Content-type','text/plain;charset=utf-8')]start_response(status,response_headers)return_body=[]forkey,valueinenviron.items():return_body.append("{}:{}".format(key,value))return_body.append("\nHelloWSGI!")#返回结果必须是bytesreturn["\n".join(return_body).encode("utf-8")]#创建应用程序app=ResponseTimingMiddleware(simple_app)#启动服务，监听8080httpd=make_server('localhost',8080,app)httpd.serve_forever()

启动服务后，我们打开浏览器访问http://localhost:8080，执行结果如下。

上图可以看到我们前面提到的中间件以及Application中执行返回的结果全都实现。