服务器的作用是什么,服务器的用途与主要功能介绍
在上文中,我给大家留了一个问题:如何在不对服务器代码作任何修改的情况下,通过该服务器运行djando应用、flask应用和pyramid应用,同时满足这些不同网络框架的要求?读完这篇文章,你就可以回答这个问题了。
以前,你选择的python网络框架将会限制所能够使用的网络服务器,反之亦然。如果框架和服务器在设计时就是可以相互匹配的,那你就不会面临这个问题:
但是如果你试图将设计不相匹配的服务器与框架相结合,那么你肯定就会碰到下面这张图所展示的这个问题:
这就意味着,你基本上只能使用能够正常运行的服务器与框架组合,而不能选择你希望使用的服务器或框架。
那么,你怎样确保可以在不修改网络服务器代码或网络框架代码的前提下,使用自己选择的服务器,并且匹配多个不同的网络框架呢?为了解决这个问题,就出现了python web服务器网关接口(python web server gateway interface,简称“wsgi”)。
wsgi的出现,让开发者可以将网络框架与网络服务器的选择分隔开来,不再相互限制。现在,你可以真正地将不同的网络服务器与网络开发框架进行混合搭配,选择满足自己需求的组合。例如,你可以使用gunicorn或nginx/uwsgi或waitress服务器来运行django、flask或pyramid应用。正是由于服务器和框架均支持wsgi,才真正得以实现二者之间的*混合搭配。
所以,wsgi就是我在上一篇文章中所留问题的答案。你的网络服务器必须实现一个服务器端的wsgi接口,而目前所有现代python网络框架都已经实现了框架端的wsgi接口,这样开发者不需要修改服务器的代码,就可以支持某个网络框架。
网络服务器和网络框架支持wsgi协议,不仅让应用开发者选择符合自己需求的组合,同时也有利于服务器和框架的开发者,因为他们可以将注意力集中在自己擅长的领域,而不是相互倾轧。其他编程语言也拥有类似的接口:例如java的servlet api和ruby的rack。
口说无凭,我猜你肯定在想:“无代码无真相!”既然如此,我就在这里给出一个非常简单的wsgi服务器实现:
# tested with python 2.7.9, linux & mac os x
import socket
import stringio
import sys
class wsgiserver(object):
address_family = socket.af_inet
socket_type = socket.sock_stream
request_queue_size = 1
def __init__(self, server_address):
# create a listening socket
self.listen_socket = listen_socket = socket.socket(
self.address_family,
self.socket_type
)
# allow to reuse the same address
listen_socket.setsockopt(socket.sol_socket, socket.so_reuseaddr, 1)
# bind
listen_socket.bind(server_address)
# activate
listen_socket.listen(self.request_queue_size)
# get server host name and port
host, port = self.listen_socket.getsockname[:2]
self.server_name = socket.getfqdn(host)
self.server_port = port
# return headers set by web framework/web application
self.headers_set =
def set_app(self, application):
self.application = application
def serve_forever(self):
listen_socket = self.listen_socket
while true:
# new client connection
self.client_connection, client_address = listen_socket.accept
# handle one request and close the client connection. then
# loop over to wait for another client connection
self.handle_one_request
def handle_one_request(self):
self.request_data = request_data = self.client_connection.recv(1024)
# print formatted request data a la 'curl -v'
print(''.join(
'< {line}n'.format(line=line)
for line in request_data.splitlines
))
self.parse_request(request_data)
# construct environment dictionary using request data
env = self.get_environ
# it's time to call our application callable and get
# back a result that will become http response body
result = self.application(env, self.start_response)
# construct a response and send it back to the client
self.finish_response(result)
def parse_request(self, text):
request_line = text.splitlines[0]
request_line = request_line.rstrip('rn')
# break down the request line into components
(self.request_method, # get
self.path, # /hello
self.request_version # http/1.1
) = request_line.split
def get_environ(self):
env = {}
# the following code snippet does not follow pep8 conventions
# but it's formatted the way it is for demonstration purposes
# to emphasize the required variables and their values
#
# required wsgi variables
env['wsgi.version'] = (1,0)
env['wsgi.url_scheme'] = 'http'
env['wsgi.input'] = stringio.stringio(self.request_data)
env['wsgi.errors'] = sys.stderr
env['wsgi.multithread'] = false
env['wsgi.multiprocess'] = false
env['wsgi.run_once'] = false
# required cgi variables
env['request_method'] = self.request_method # get
env['path_info'] = self.path # /hello
env['server_name'] = self.server_name # localhost
env['server_port'] = str(self.server_port) # 8888
return env
def start_response(self, status, response_headers, exc_info=none):
# add necessary server headers
server_headers = [
('date', 'tue, 31 mar 2015 12:54:48 gmt'),
('server', 'wsgiserver 0.2'),
]
self.headers_set = [status, response_headers + server_headers]
# to adhere to wsgi specification the start_response must return
# a 'write' callable. we simplicity's sake we'll ignore that detail
# for now.
# return self.finish_response
def finish_response(self, result):
try:
status, response_headers = self.headers_set
response = 'http/1.1 {status}rn'.format(status=status)
for header in response_headers:
response += '{0}: {1}rn'.format(*header)
response += 'rn'
for data in result:
response += data
# print formatted response data a la 'curl -v'
print(''.join(
'> {line}n'.format(line=line)
for line in response.splitlines
))
self.client_connection.sendall(response)
finally:
self.client_connection.close
server_address = (host, port) = '', 8888
def make_server(server_address, application):
server = wsgiserver(server_address)
server.set_app(application)
return server
if __name__ == '__main__':
if len(sys.argv) < 2:
sys.exit('provide a wsgi application object as module:callable')
app_path = sys.argv[1]
module, application = app_path.split(':')
module = __import__(module)
application = getattr(module, application)
httpd = make_server(server_address, application)
print('wsgiserver: serving http on port {port} ...n'.format(port=port))
httpd.serve_forever
上面的代码比第一部分的服务器实现代码要长的多,但是这些代码实际也不算太长,只有不到150行,大家理解起来并不会太困难。上面这个服务器的功能也更多——它可以运行你使用自己喜欢的框架所写出来的网络应用,无论你选择pyramid、flask、django或是其他支持wsgi协议的框架。
你不信?你可以自己测试一下,看看结果如何。将上述代码保存为 webserver2.py
,或者直接从我的github仓库下载。如果你运行该文件时没有提供任何参数,那么程序就会报错并退出。
$ python webserver2.py
providea wsgi application object as module:callable
上述程序设计的目的,就是运行你开发的网络应用,但是你还需要满足一些它的要求。要运行服务器,你只需要安装python即可。但是要运行使用pyramid、flask和django等框架开发的网络应用,你还需要先安装这些框架。我们接下来安装这三种框架。我倾向于使用 virtualenv
安装。请按照下面的提示创建并激活一个虚拟环境,然后安装这三个网络框架。
$ [sudo] pip install virtualenv
$ mkdir ~/envs
$ virtualenv ~/envs/lsbaws/
$ cd ~/envs/lsbaws/
$ ls
bin include lib
$ source bin/activate
(lsbaws) $ pip install pyramid
(lsbaws) $ pip install flask
(lsbaws) $ pip install django
接下来,你需要创建一个网络应用。我们首先创建pyramid应用。将下面的代码保存为 pyramidapp.py
文件,放至webserver2.py
所在的文件夹中,或者直接从我的github仓库下载该文件:
from pyramid.config import configurator
from pyramid.response import response
def hello_world(request):
return response(
'hello world from pyramid!n',
content_type='text/plain',
)
config = configurator
config.add_route('hello', '/hello')
config.add_view(hello_world, route_name='hello')
app = config.make_wsgi_app
现在,你可以通过自己开发的网络服务器来启动上面的pyramid应用。
(lsbaws) $ python webserver2.py pyramidapp:app
wsgiserver:servinghttp on port8888...
在运行 webserver2.py
时,你告诉自己的服务器去加载pyramidapp
模块中的app
可调用对象(callable)。你的服务器现在可以接收http请求,并将请求中转至你的pyramid应用。应用目前只能处理一个路由(route):/hello。在浏览器的地址栏输入http://localhost:8888/hello
,按下回车键,观察会出现什么情况:
你还可以在命令行使用 curl
命令,来测试服务器运行情况:
$ curl -v http://localhost:8888/hello
...
接下来我们创建flask应用。重复上面的步骤。
from flask import flask
from flask import response
flask_app = flask('flaskapp')
@flask_app.route('/hello')
def hello_world:
return response(
'hello world from flask!n',
mimetype='text/plain'
)
app = flask_app.wsgi_app
将上面的代码保存为 flaskapp.py
,或者直接从我的github仓库下载文件,并运行:
(lsbaws) $ python webserver2.py flaskapp:app
wsgiserver:servinghttp on port8888...
然后在浏览器地址栏输入 http://localhost:8888/hello
,并按下回车:
同样,在命令行使用 curl
命令,看看服务器是否会返回flask应用生成的信息:
$ curl -v http://localhost:8888/hello
...
这个服务器是不是也能支持django应用?试一试就知道了!不过接下来的操作更为复杂一些,我建议大家克隆整个仓库,并使用其中的 djangoapp.py
文件。下面的代码将一个名叫helloworld
的django应用添加至当前的python路径中,然后导入了该项目的wsgi应用。
import sys
sys.path.insert(0, './helloworld')
from helloworld import wsgi
app = wsgi.application
将上面的代码保存为 djangoapp.py
,并使用你开发的服务器运行这个django应用。
(lsbaws) $ python webserver2.py djangoapp:app
wsgiserver:servinghttp on port8888...
同样,在浏览器中输入 http://localhost:8888/hello
,并按下回车键:
接下来,和前面几次一样,你通过命令行使用 curl
命令进行测试,确认了这个djando应用成功处理了你发出的请求:
$ curl -v http://localhost:8888/hello
...
你有没有按照上面的步骤测试?你做到了让服务器支持全部三种框架吗?如果没有,请尽量自己动手操作。阅读代码很重要,但这系列文章的目的在于重新开发,而这意味着你需要自己亲自动手。最好是你自己重新输入所有的代码,并确保代码运行结果符合预期。
经过上面的介绍,你应该已经认识到了wsgi的强大之处:它可以让你*混合搭配网络服务器和框架。wsgi为python网络服务器与python网络框架之间的交互提供了一个极简的接口,而且非常容易在服务器端和框架端实现。下面的代码段分别展示了服务器端和框架端的wsgi接口:
def run_application(application):
"""server code."""
# this is where an application/framework stores
# an http status and http response headers for the server
# to transmit to the client
headers_set =
# environment dictionary with wsgi/cgi variables
environ = {}
def start_response(status, response_headers, exc_info=none):
headers_set[:] = [status, response_headers]
# server invokes the ‘application' callable and gets back the
# response body
result = application(environ, start_response)
# server builds an http response and transmits it to the client
…
def app(environ, start_response):
"""a barebones wsgi app."""
start_response('200 ok', [('content-type', 'text/plain')])
return ['hello world!']
run_application(app)
下面给大家解释一下上述代码的工作原理:
- 网络框架提供一个命名为
application
的可调用对象(wsgi协议并没有指定如何实现这个对象)。 - 服务器每次从http客户端接收请求之后,调用
application
。它会向可调用对象传递一个名叫environ
的字典作为参数,其中包含了wsgi/cgi的诸多变量,以及一个名为start_response
的可调用对象。 - 框架/应用生成http状态码以及http响应报头(http response headers),然后将二者传递至
start_response
,等待服务器保存。此外,框架/应用还将返回响应的正文。 - 服务器将状态码、响应报头和响应正文组合成http响应,并返回给客户端(这一步并不属于wsgi协议)。
下面这张图直观地说明了wsgi接口的情况:
有一点要提醒大家,当你使用上述框架开发网络应用的时候,你处理的是更高层级的逻辑,并不会直接处理wsgi协议相关的要求,但是我很清楚,既然你正在看这篇文章,你一定对框架端的wsgi接口很感兴趣。所以,我们接下来在不使用pyramid、flask或djando框架的前提下,自己开发一个极简的wsgi网络应用/网络框架,并使用wsgi服务器运行该应用:
def app(environ, start_response):
"""a barebones wsgi application.
this is a starting point for your own web framework :)
"""
status = '200 ok'
response_headers = [('content-type', 'text/plain')]
start_response(status, response_headers)
return ['hello world from a simple wsgi application!n']
将上述代码保存为 wsgiapp.py
文件,或者直接从我的github仓库下载,然后利用网络服务器运行该应用:
(lsbaws) $ python webserver2.py wsgiapp:app
wsgiserver:servinghttp on port8888...
在浏览器中输入下图中的地址,然后按回车键。结果应该是这样的:
你刚刚自己编写了一个极简的wsgi网络框架!太不可思议了。
接下来,我们重新分析服务器返回给客户端的对象。下面这张图展示的是你通过http客户端调用pyramid应用后,服务器生成的http响应:
上图中的响应与你在第一篇中看到的有些类似,但是也有明显不同之处。举个例子,其中就出现了你之前没有看到过的4歌http报头:content-type,content-length,date和server。这些事网络服务器返回的响应对象通常都会包含的报头。不过,这四个都不是必须的。报头的目的是传递有关http请求/响应的额外信息。
既然你已经对wsgi接口有了更深的理解,下面这张图对响应对象的内容进行了更详细的解释,说明了每条内容是如何产生的。
到目前为止,我还没有介绍过 environ
字典的具体内容,但简单来说,它是一个必须包含着wsgi协议所指定的某些wsgi和cgi变量。服务器从http请求中获取字典所需的值。下面这张图展示的是字典的详细内容:
网络框架通过该字典提供的信息,根据指定的路由和请求方法等参数来决定使用哪个视图(views),从哪里读取请求正文,以及如何输出错误信息。
截至目前,你已经成功创建了自己的支持wsgi协议的网络服务器,还利用不同的网络框架开发了多个网络应用。另外,你还自己开发了一个极简的网络框架。本文介绍的内容不可谓不丰富。我们接下来回顾一下wsgi网络服务器如何处理http请求:
- 首先,服务器启动并加载网络框架/应用提供的
application
可调用对象 - 然后,服务器读取一个请求信息
- 然后,服务器对请求进行解析
- 然后,服务器使用请求数据创建一个名叫
environ
的字典 - 然后,服务器以
environ
字典和start_response
可调用对象作为参数,调用application
,并获得应用生成的响应正文。 - 然后,服务器根据调用
application
对象后返回的数据,以及start_response
设置的状态码和响应标头,构建一个http响应。 - 最后,服务器将http响应返回至客户端。
以上就是第二部分的所有内容。你现在已经拥有了一个正常运行的wsgi服务器,可以支持通过遵守wsgi协议的网络框架所写的网络应用。最棒的是,这个服务器可以不需要作任何代码修改,就可以与多个网络框架配合使用。