一步一步理解 python web 框架,才不会从入门到放弃

时间:2021-07-20 23:00:52

要想清楚地理解 python web 框架,首先要清楚浏览器访问服务器的过程。

用户通过浏览器浏览网站的过程:

  用户浏览器(socket客户端)

    3. 客户端往服务端发消息
    6. 客户端接收消息
    7. 关闭

  网站服务器(socket服务端)

    1. 启动,监听
    2. 等待客户端连接
    4. 服务端收消息
    5. 服务端回消息
    7. 关闭(一般都不会关闭)

下面,我们先写一个服务端程序,来模拟浏览器服务器访问过程。

'''
简单的web服务端示例
''' import socket # 生成socket实例对象,默认family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, 也就是TCP通信
sk = socket.socket()
# 绑定IP和端口
sk.bind(("127.0.0.1", 8001))
# 监听
sk.listen() # 写一个死循环,一直等待客户端来连接
while 1:
# 获取与客户端的连接,conn为客户端连接服务器的socket,_为客户端的地址
conn, _ = sk.accept()
# 接收客户端发来消息
data = conn.recv(8096)
print(data)
# 给客户端回复消息
conn.send(b'<h1>hello s10!</h1>')
# 关闭客户端连接服务器的socket
conn.close()
# 关闭服务器socket
sk.close()

你会发现,运行程序之后并且用浏览器访问 127.0.0.1:8001 ,程序会报错,浏览器显示“该网页无法正常运作”,如下图

一步一步理解 python web 框架,才不会从入门到放弃

一步一步理解 python web 框架,才不会从入门到放弃

为什么呢?这时候就要引出 HTTP 协议了。

HTTP协议

HTTP是一个客户端终端(用户)和服务器端(网站)请求和应答的标准(TCP)。

HTTP请求/响应步骤:

1. 客户端连接到Web服务器
一个HTTP客户端,通常是浏览器,与Web服务器的HTTP端口(默认为80)建立一个TCP套接字连接。

2. 发送HTTP请求
通过TCP套接字,客户端向Web服务器发送一个文本的请求报文,一个请求报文由请求行、请求头部、空行和请求数据4部分组成。

3. 服务器接受请求并返回HTTP响应
Web服务器解析请求,定位请求资源。服务器将资源复本写到TCP套接字,由客户端读取。一个响应由状态行、响应头部、空行和响应数据4部分组成。

4. 释放连接TCP连接
若connection 模式为close,则服务器主动关闭TCP连接,客户端被动关闭连接,释放TCP连接;若connection 模式为keepalive,则该连接会保持一段时间,在该时间内可以继续接收请求;

5. 客户端浏览器解析HTML内容
客户端浏览器首先解析状态行,查看表明请求是否成功的状态代码。然后解析每一个响应头,响应头告知以下为若干字节的HTML文档和文档的字符集。客户端浏览器读取响应数据HTML,根据HTML的语法对其进行格式化,并在浏览器窗口中显示。

浏览器和服务端通信都要遵循一个HTTP协议(消息的格式要求)

关于HTTP协议:

1. 浏览器往服务端发的叫 请求(request)
 请求的消息格式:

请求方法 路径 HTTP/1.1\r\n
k1:v1\r\n
k2:v2\r\n
\r\n
请求数据

2. 服务端往浏览器发的叫 响应(response)
 响应的消息格式:

HTTP/1.1 状态码 状态描述符\r\n
k1:v1\r\n
k2:v2\r\n
\r\n
响应正文 <-- html的内容

HTTP请求报文格式:

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HTTP响应报文格式:

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再回到我们刚才的程序,程序报错的原因是接收到了浏览器的访问报文请求,但是我们的服务器程序在响应的时候并没有按照HTTP响应格式(一个响应由状态行、响应头部、空行和响应数据4部分组成)进行回应,所以浏览器在处理服务器的响应的时候就会出错。

因此,我们要在发送给浏览器的响应中按照HTTP响应格式加上 状态行、响应头部、空行和响应数据 这四部分。

'''
简单的web服务端示例
''' import socket # 生成socket实例对象,默认family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, 也就是TCP通信
sk = socket.socket()
# 绑定IP和端口
sk.bind(("127.0.0.1", 8001))
# 监听
sk.listen() # 写一个死循环,一直等待客户端来连接
while 1:
# 获取与客户端的连接,conn为客户端连接服务器的socket,_为客户端的地址
conn, _ = sk.accept()
# 接收客户端发来消息
data = conn.recv(8096)
print(data)
# 给客户端回复消息,都是以byte的形式传输
# 响应协议版本是 http/1.1,状态码是 200,状态码描述我们定义为 OK,然后加上换行符
# 响应头部我们写上content-type:text/html; 字符编码为 charset=utf-8,加上两个换行符,这一次send先不传响应正文
conn.send(b'http/1.1 200 OK\r\ncontent-type:text/html; charset=utf-8\r\n\r\n')
# 由于前一个send已经传过一次响应规定的格式了,这一个send我们就传想要在网页上显示的正文内容
conn.send(b'<h1>hello s10!</h1>')
# 关闭客户端连接服务器的socket
conn.close()
# 关闭服务器socket
sk.close()

这时候,在浏览器上面就可以看到正确的页面了,并且可以调出Chrome的开发者工具查看到我们传过来的HTTP响应格式。

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根据不同的路径返回不同的内容

细心的你可能会发现,现在无论我们输出什么样的路径,只要保持 IP 和端口号不变,浏览器页面显示的都是同样的内容,这不太符合我们日常的使用场景。

如果我想根据不同的路径返回不同的内容,应该怎么办呢?

这时候就需要我们把服务器收到的请求报文进行解析,读取到其中的访问路径。

观察收到的HTTP请求,会发现,它们的请求行、请求头部、请求数据是以 \r\n 进行分隔的,所以我们可以根据 \r\n 对收到的请求进行分隔,取出我们想要的访问路径。

"""
完善的web服务端示例
根据不同的路径返回不同的内容
""" import socket # 生成socket实例对象
sk = socket.socket()
# 绑定IP和端口
sk.bind(("127.0.0.1", 8001))
# 监听
sk.listen() # 写一个死循环,一直等待客户端来连接
while 1:
# 获取与客户端的连接
conn, _ = sk.accept()
# 接收客户端发来消息
data = conn.recv(8096)
# 把收到的数据转成字符串类型
data_str = str(data, encoding="utf-8") # bytes("str", enconding="utf-8")
# print(data_str)
# 用\r\n去切割上面的字符串
l1 = data_str.split("\r\n")
# l1[0]获得请求行,按照空格切割上面的字符串
l2 = l1[0].split()
# 请求行格式为:请求方法 URL 协议版本,因此 URL 是 l2[1]
url = l2[1]
# 给客户端回复消息
conn.send(b'http/1.1 200 OK\r\ncontent-type:text/html; charset=utf-8\r\n\r\n')
# 想让浏览器在页面上显示出来的内容都是响应正文 # 根据不同的url返回不同的内容
if url == "/yimi/":
response = b'<h1>hello yimi!</h1>'
elif url == "/xiaohei/":
response = b'<h1>hello xiaohei!</h1>'
else:
response = b'<h1>404! not found!</h1>'
conn.send(response)
# 关闭
conn.close()
sk.close()

这时候,我们访问不同的路径,例如 http://127.0.0.1:8001/yimi/   http://127.0.0.1:8001/xiaohei/ 会在浏览器上显示不一样的内容

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一步一步理解 python web 框架,才不会从入门到放弃

可以看到,我们现在的程序逻辑不是很清晰,我们可以改一下,url 用一个列表存起来,url 对应的响应分别写成一个个函数,通过函数调用进行 url 访问,你会发现,这跟某个框架的处理方式很像很像(偷笑罒ω罒~~~)

"""
完善的web服务端示例
函数版根据不同的路径返回不同的内容
进阶函数版 不写if判断了,用url名字去找对应的函数名
""" import socket # 生成socket实例对象
sk = socket.socket()
# 绑定IP和端口
sk.bind(("127.0.0.1", 8001))
# 监听
sk.listen() # 定义一个处理/yimi/的函数
def yimi(url):
ret = '<h1>hello {}</h1>'.format(url)
# 因为HTTP传的是字节,所以要把上面的字符串转成字节
return bytes(ret, encoding="utf-8") # 定义一个处理/xiaohei/的函数
def xiaohei(url):
ret = '<h1>hello {}</h1>'.format(url)
return bytes(ret, encoding="utf-8") # 定义一个专门用来处理404的函数
def f404(url):
ret = "<h1>你访问的这个{} 找不到</h1>".format(url)
return bytes(ret, encoding="utf-8") url_func = [
("/yimi/", yimi),
("/xiaohei/", xiaohei),
] # 写一个死循环,一直等待客户端来连我
while 1:
# 获取与客户端的连接
conn, _ = sk.accept()
# 接收客户端发来消息
data = conn.recv(8096)
# 把收到的数据转成字符串类型
data_str = str(data, encoding="utf-8") # bytes("str", enconding="utf-8")
# print(data_str)
# 用\r\n去切割上面的字符串
l1 = data_str.split("\r\n")
# print(l1[0])
# 按照空格切割上面的字符串
l2 = l1[0].split()
url = l2[1]
# 给客户端回复消息
conn.send(b'http/1.1 200 OK\r\ncontent-type:text/html; charset=utf-8\r\n\r\n')
# 想让浏览器在页面上显示出来的内容都是响应正文 # 根据不同的url返回不同的内容
# 去url_func里面找对应关系
for i in url_func:
if i[0] == url:
func = i[1]
break
# 找不到对应关系就默认执行f404函数
else:
func = f404 # 拿到函数的执行结果
response = func(url)
# 将函数返回的结果发送给浏览器
conn.send(response)
# 关闭连接
conn.close()

返回具体的 HTML 页面

现在,你可能会在想,目前我们想要返回的内容是通过函数进行返回的,返回的都是一些简单地字节,如果我想要返回一个已经写好的精美的 HTML 页面应该怎么办呢?

我们可以把写好的 HTML 页面以二进制的形式读取进来,返回给浏览器,浏览器再进行解析,这就可以啦!

"""
完善的web服务端示例
函数版根据不同的路径返回不同的内容
进阶函数版 不写if判断了,用url名字去找对应的函数名
返回html页面
""" import socket # 生成socket实例对象
sk = socket.socket()
# 绑定IP和端口
sk.bind(("127.0.0.1", 8001))
# 监听
sk.listen() # 定义一个处理/yimi/的函数
def yimi(url):
# 以二进制的形式读取
with open("yimi.html", "rb") as f:
ret = f.read()
return ret # 定义一个处理/xiaohei/的函数
def xiaohei(url):
with open("xiaohei.html", "rb") as f:
ret = f.read()
return ret # 定义一个专门用来处理404的函数
def f404(url):
ret = "<h1>你访问的这个{} 找不到</h1>".format(url)
return bytes(ret, encoding="utf-8") # 用户访问的路径和后端要执行的函数的对应关系
url_func = [
("/yimi/", yimi),
("/xiaohei/", xiaohei),
] # 写一个死循环,一直等待客户端来连我
while 1:
# 获取与客户端的连接
conn, _ = sk.accept()
# 接收客户端发来消息
data = conn.recv(8096)
# 把收到的数据转成字符串类型
data_str = str(data, encoding="utf-8") # bytes("str", enconding="utf-8")
# print(data_str)
# 用\r\n去切割上面的字符串
l1 = data_str.split("\r\n")
# print(l1[0])
# 按照空格切割上面的字符串
l2 = l1[0].split()
url = l2[1]
# 给客户端回复消息
conn.send(b'http/1.1 200 OK\r\ncontent-type:text/html; charset=utf-8\r\n\r\n')
# 想让浏览器在页面上显示出来的内容都是响应正文 # 根据不同的url返回不同的内容
# 去url_func里面找对应关系
for i in url_func:
if i[0] == url:
func = i[1]
break
# 找不到对应关系就默认执行f404函数
else:
func = f404
# 拿到函数的执行结果
response = func(url)
# 将函数返回的结果发送给浏览器
conn.send(response)
# 关闭连接
conn.close()

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返回动态 HTML 页面

这时候,你可能又会纳闷,现在返回的都是些静态的、固定的 HTML 页面,如果我想返回一个动态的 HTML 页面,应该怎么办?

动态的网页,本质上都是字符串的替换,字符串替换发生服务端,替换完再返回给浏览器。

这里,我们通过返回一个当前时间,来模拟动态 HTML 页面的返回过程。

"""
完善的web服务端示例
函数版根据不同的路径返回不同的内容
进阶函数版 不写if判断了,用url名字去找对应的函数名
返回html页面
返回动态的html页面
""" import socket
import time # 生成socket实例对象
sk = socket.socket()
# 绑定IP和端口
sk.bind(("127.0.0.1", 8001))
# 监听
sk.listen() # 定义一个处理/yimi/的函数
def yimi(url):
with open("yimi.html", "r", encoding="utf-8") as f:
ret = f.read()
# 得到替换后的字符串
ret2 = ret.replace("@@xx@@", str(time.ctime()))
return bytes(ret2, encoding="utf-8") # 定义一个处理/xiaohei/的函数
def xiaohei(url):
with open("xiaohei.html", "rb") as f:
ret = f.read()
return ret # 定义一个专门用来处理404的函数
def f404(url):
ret = "你访问的这个{} 找不到".format(url)
return bytes(ret, encoding="utf-8") url_func = [
("/yimi/", yimi),
("/xiaohei/", xiaohei),
] # 写一个死循环,一直等待客户端来连我
while 1:
# 获取与客户端的连接
conn, _ = sk.accept()
# 接收客户端发来消息
data = conn.recv(8096)
# 把收到的数据转成字符串类型
data_str = str(data, encoding="utf-8") # bytes("str", enconding="utf-8")
# print(data_str)
# 用\r\n去切割上面的字符串
l1 = data_str.split("\r\n")
# print(l1[0])
# 按照空格切割上面的字符串
l2 = l1[0].split()
url = l2[1]
# 给客户端回复消息
conn.send(b'http/1.1 200 OK\r\ncontent-type:text/html; charset=utf-8\r\n\r\n')
# 想让浏览器在页面上显示出来的内容都是响应正文 # 根据不同的url返回不同的内容
# 去url_func里面找对应关系
for i in url_func:
if i[0] == url:
func = i[1]
break
# 找不到对应关系就默认执行f404函数
else:
func = f404
# 拿到函数的执行结果
response = func(url)
# 将函数返回的结果发送给浏览器
conn.send(response)
# 关闭连接
conn.close()

服务端.py

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>yimi</title>
</head>
<body>
<h1>Hello yimi</h1>
<h3 style="background-color: pink">这是yimi的小站!</h3>
<h4>@@xx@@</h4>
</body>
</html>

yimi.html

可以看到,现在我们每一次访问 yimi 页面,都会返回一个当前时间。

一步一步理解 python web 框架,才不会从入门到放弃

一步一步理解 python web 框架,才不会从入门到放弃

小结一下

1. web 框架的本质:
  socket 服务端 与 浏览器的通信
2. socket 服务端功能划分:
  a. 负责与浏览器收发消息( socket 通信) --> wsgiref/uWsgi/gunicorn...
  b. 根据用户访问不同的路径执行不同的函数
  c. 从 HTML 读取出内容,并且完成字符串的替换 --> jinja2 (模板语言)
3. Python 中 Web 框架的分类:
  1. 按上面三个功能划分:
    1. 框架自带 a,b,c --> Tornado
    2. 框架自带 b 和 c,使用第三方的 a --> Django
    3. 框架自带 b,使用第三方的 a 和 c --> Flask
  2. 按另一个维度来划分:
    1. Django --> 大而全(你做一个网站能用到的它都有)
    2. 其他 --> Flask 轻量级

引入 wsgiref 模块实现 socket 通信

不知道你会不会觉得之前的程序中,socket 通信特别麻烦,而且还都是一样的套路,完完全全可以独立出来做成一个模块,要用的时候再直接引进来用就可以了。

没错,有你这种想法的人还不在少数(吃鲸......),特别是一些大牛们,就 socket 通信这一块,做出了一些特别好用的模块,例如我们下面要用的 wsgiref 模块。

"""
根据URL中不同的路径返回不同的内容--函数进阶版
返回HTML页面
让网页动态起来
wsgiref模块负责与浏览器收发消息(socket通信)
""" import time
from wsgiref.simple_server import make_server # 将返回不同的内容部分封装成函数
def yimi(url):
with open("yimi.html", "r", encoding="utf8") as f:
s = f.read()
now = str(time.ctime())
s = s.replace("@@xx@@", now)
return bytes(s, encoding="utf8") def xiaohei(url):
with open("xiaohei.html", "r", encoding="utf8") as f:
s = f.read()
return bytes(s, encoding="utf8") # 定义一个url和实际要执行的函数的对应关系
list1 = [
("/yimi/", yimi),
("/xiaohei/", xiaohei),
] 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
for i in list1:
if i[0] == url:
func = i[1]
break
if func:
response = func(url)
else:
response = b"<h1>404 not found!</h1>"
return [response, ] if __name__ == '__main__':
httpd = make_server('127.0.0.1', 8090, run_server)
print("我在8090等你哦...")
httpd.serve_forever()

你会发现,使用了 wsgiref 模块之后,程序封装更好了,代码逻辑也更加清晰了。

一步一步理解 python web 框架,才不会从入门到放弃

一步一步理解 python web 框架,才不会从入门到放弃

WSGI 协议

经过上面的 wsgiref 模块的示例,在使用通信模块的方便之余,你可能已经意识到一个问题,类似于 wsgiref 这样的模块肯定不止一个,我们自己写的 url 处理函数需要和这些模块进行通信,那么,我怎么知道这些模块传过来的信息是什么格式?如果各个模块传过来的信息结构都不一样的话,那岂不是说我得根据每一个模块去定制它专门的 url 处理函数?这不科学,这中间肯定需要一个协议进行约束,这个协议,就叫 WSGI 协议

一步一步理解 python web 框架,才不会从入门到放弃

下节预告

到了这里,相信聪明的你已经理解清楚整个 浏览器 服务器的访问过程,并且 socket 服务端功能划分有了清晰的认知。

下一节,我们将走进 Django 框架,领略 Django 的魅力。

作者: 守护窗明守护爱

出处: https://www.cnblogs.com/chuangming/p/9072251.html

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