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Python WSGI的深入理解

Posted in Python onAugust 01, 2018

前言

本文主要介绍的是Python WSGI相关内容，主要来自以下网址：

What is WSGI?
WSGI Tutorial
An Introduction to the Python Web Server Gateway Interface (WSGI)

可以看成一次简单粗暴的翻译。

什么是WSGI

WSGI的全称是Web Server Gateway Interface，这是一个规范，描述了web server如何与web application交互、web application如何处理请求。该规范的具体描述在PEP 3333。注意，WSGI既要实现web server，也要实现web application。

实现了WSGI的模块/库有wsgiref(python内置)、werkzeug.serving、twisted.web等，具体可见Servers which support WSGI。

当前运行在WSGI之上的web框架有Bottle、Flask、Django等，具体可见Frameworks that run on WSGI。

WSGI server所做的工作仅仅是将从客户端收到的请求传递给WSGI application，然后将WSGI application的返回值作为响应传给客户端。WSGI applications 可以是栈式的，这个栈的中间部分叫做中间件，两端是必须要实现的application和server。

WSGI教程

这部分内容主要来自WSGI Tutorial。

WSGI application接口

WSGI application接口应该实现为一个可调用对象，例如函数、方法、类、含__call__方法的实例。这个可调用对象可以接收2个参数：

一个字典，该字典可以包含了客户端请求的信息以及其他信息，可以认为是请求上下文，一般叫做environment（编码中多简写为environ、env）；
一个用于发送HTTP响应状态（HTTP status ）、响应头（HTTP headers）的回调函数。

同时，可调用对象的返回值是响应正文（response body），响应正文是可迭代的、并包含了多个字符串。

WSGI application结构如下：

def application (environ, start_response):

 response_body = 'Request method: %s' % environ['REQUEST_METHOD']

 # HTTP响应状态
 status = '200 OK'

 # HTTP响应头，注意格式
 response_headers = [
  ('Content-Type', 'text/plain'),
  ('Content-Length', str(len(response_body)))
 ]

 # 将响应状态和响应头交给WSGI server
 start_response(status, response_headers)

 # 返回响应正文
 return [response_body]

Environment

下面的程序可以将environment字典的内容返回给客户端（environment.py）：

# ! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*- 

# 导入python内置的WSGI server
from wsgiref.simple_server import make_server

def application (environ, start_response):

 response_body = [
  '%s: %s' % (key, value) for key, value in sorted(environ.items())
 ]
 response_body = '\n'.join(response_body) # 由于下面将Content-Type设置为text/plain，所以`\n`在浏览器中会起到换行的作用

 status = '200 OK'
 response_headers = [
  ('Content-Type', 'text/plain'),
  ('Content-Length', str(len(response_body)))
 ]
 start_response(status, response_headers)

 return [response_body]

# 实例化WSGI server
httpd = make_server (
 '127.0.0.1', 
 8051, # port
 application # WSGI application，此处就是一个函数
)

# handle_request函数只能处理一次请求，之后就在控制台`print 'end'`了
httpd.handle_request()

print 'end'

浏览器（或者curl、wget等）访问http://127.0.0.1:8051/，可以看到environment的内容。

另外，浏览器请求一次后，environment.py就结束了，程序在终端中输出内容如下：

127.0.0.1 - - [09/Sep/2015 23:39:09] "GET / HTTP/1.1" 200 5540
end

可迭代的响应

如果把上面的可调用对象application的返回值：

return [response_body]

改成：

return response_body

这会导致WSGI程序的响应变慢。原因是字符串response_body也是可迭代的，它的每一次迭代只能得到1 byte的数据量，这也意味着每一次只向客户端发送1 byte的数据，直到发送完毕为止。所以，推荐使用return [response_body]。

如果可迭代响应含有多个字符串，那么Content-Length应该是这些字符串长度之和：

# ! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*- 

from wsgiref.simple_server import make_server

def application(environ, start_response):

 response_body = [
  '%s: %s' % (key, value) for key, value in sorted(environ.items())
 ]
 response_body = '\n'.join(response_body)

 response_body = [
  'The Beggining\n',
  '*' * 30 + '\n',
  response_body,
  '\n' + '*' * 30 ,
  '\nThe End'
 ]

 # 求Content-Length
 content_length = sum([len(s) for s in response_body])

 status = '200 OK'
 response_headers = [
  ('Content-Type', 'text/plain'),
  ('Content-Length', str(content_length))
 ]

 start_response(status, response_headers)
 return response_body

httpd = make_server('localhost', 8051, application)
httpd.handle_request()

print 'end'

解析GET请求

运行environment.py，在浏览器中访问http://localhost:8051/?age=10&hobbies=software&hobbies=tunning，可以在响应的内容中找到：

QUERY_STRING: age=10&hobbies=software&hobbies=tunning
REQUEST_METHOD: GET

cgi.parse_qs()函数可以很方便的处理QUERY_STRING，同时需要cgi.escape()处理特殊字符以防止脚本注入，下面是个例子：

# ! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*- 
from cgi import parse_qs, escape

QUERY_STRING = 'age=10&hobbies=software&hobbies=tunning'
d = parse_qs(QUERY_STRING)
print d.get('age', [''])[0] # ['']是默认值，如果在QUERY_STRING中没找到age则返回默认值
print d.get('hobbies', [])
print d.get('name', ['unknown'])

print 10 * '*'
print escape('<script>alert(123);</script>')

输出如下：

10
['software', 'tunning']
['unknown']
**********
<script>alert(123);</script>

然后，我们可以写一个基本的处理GET请求的动态网页了：

# ! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*- 

from wsgiref.simple_server import make_server
from cgi import parse_qs, escape

# html中form的method是get，action是当前页面
html = """
<html>
<body>
 <form method="get" action="">
  <p>
   Age: <input type="text" name="age" value="%(age)s">
  </p>
  <p>
   Hobbies:
   <input
    name="hobbies" type="checkbox" value="software"
    %(checked-software)s
   > Software
   <input
    name="hobbies" type="checkbox" value="tunning"
    %(checked-tunning)s
   > Auto Tunning
  </p>
  <p>
   <input type="submit" value="Submit">
  </p>
 </form>
 <p>
  Age: %(age)s<br>
  Hobbies: %(hobbies)s
 </p>
</body>
</html>
"""

def application (environ, start_response):

 # 解析QUERY_STRING
 d = parse_qs(environ['QUERY_STRING'])

 age = d.get('age', [''])[0] # 返回age对应的值
 hobbies = d.get('hobbies', []) # 以list形式返回所有的hobbies

 # 防止脚本注入
 age = escape(age)
 hobbies = [escape(hobby) for hobby in hobbies]

 response_body = html % { 
  'checked-software': ('', 'checked')['software' in hobbies],
  'checked-tunning': ('', 'checked')['tunning' in hobbies],
  'age': age or 'Empty',
  'hobbies': ', '.join(hobbies or ['No Hobbies?'])
 }

 status = '200 OK'

 # 这次的content type是text/html
 response_headers = [
  ('Content-Type', 'text/html'),
  ('Content-Length', str(len(response_body)))
 ]

 start_response(status, response_headers)
 return [response_body]

httpd = make_server('localhost', 8051, application)

# 能够一直处理请求
httpd.serve_forever()

print 'end'

启动程序，在浏览器中访问http://localhost:8051/、http://localhost:8051/?age=10&hobbies=software&hobbies=tunning感受一下～

这个程序会一直运行，可以使用快捷键Ctrl-C终止它。

这段代码涉及两个我个人之前没用过的小技巧：

>>> "Age: %(age)s" % {'age':12}
'Age: 12'
>>> 
>>> hobbies = ['software']
>>> ('', 'checked')['software' in hobbies]
'checked'
>>> ('', 'checked')['tunning' in hobbies]
''

解析POST请求

对于POST请求，查询字符串（query string）是放在HTTP请求正文（request body）中的，而不是放在URL中。请求正文在environment字典变量中键wsgi.input对应的值中，这是一个类似file的变量，这个值是一个。The PEP 3333 指出，请求头中CONTENT_LENGTH字段表示正文的大小，但是可能为空、或者不存在，所以读取请求正文时候要用try/except。

下面是一个可以处理POST请求的动态网站：

# ! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*- 

from wsgiref.simple_server import make_server
from cgi import parse_qs, escape

# html中form的method是post
html = """
<html>
<body>
 <form method="post" action="">
  <p>
   Age: <input type="text" name="age" value="%(age)s">
  </p>
  <p>
   Hobbies:
   <input
    name="hobbies" type="checkbox" value="software"
    %(checked-software)s
   > Software
   <input
    name="hobbies" type="checkbox" value="tunning"
    %(checked-tunning)s
   > Auto Tunning
  </p>
  <p>
   <input type="submit" value="Submit">
  </p>
 </form>
 <p>
  Age: %(age)s<br>
  Hobbies: %(hobbies)s
 </p>
</body>
</html>
"""

def application(environ, start_response):

 # CONTENT_LENGTH 可能为空，或者没有
 try:
  request_body_size = int(environ.get('CONTENT_LENGTH', 0))
 except (ValueError):
  request_body_size = 0

 request_body = environ['wsgi.input'].read(request_body_size)
 d = parse_qs(request_body)

 # 获取数据
 age = d.get('age', [''])[0] 
 hobbies = d.get('hobbies', []) 

 # 转义，防止脚本注入
 age = escape(age)
 hobbies = [escape(hobby) for hobby in hobbies]

 response_body = html % { 
  'checked-software': ('', 'checked')['software' in hobbies],
  'checked-tunning': ('', 'checked')['tunning' in hobbies],
  'age': age or 'Empty',
  'hobbies': ', '.join(hobbies or ['No Hobbies?'])
 }

 status = '200 OK'

 response_headers = [
  ('Content-Type', 'text/html'),
  ('Content-Length', str(len(response_body)))
 ]

 start_response(status, response_headers)
 return [response_body]

httpd = make_server('localhost', 8051, application)

httpd.serve_forever()

print 'end'

Python WSGI入门

这段内容参考自An Introduction to the Python Web Server Gateway Interface (WSGI) 。

Web server

WSGI server就是一个web server，其处理一个HTTP请求的逻辑如下：

iterable = app(environ, start_response)
for data in iterable:
 # send data to client

app即WSGI application，environ即上文中的environment。可调用对象app返回一个可迭代的值，WSGI server获得这个值后将数据发送给客户端。

Web framework/app

即WSGI application。

中间件（Middleware）

中间件位于WSGI server和WSGI application之间，所以

一个示例

该示例中使用了中间件。

# ! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*- 

from wsgiref.simple_server import make_server

def application(environ, start_response):

 response_body = 'hello world!'

 status = '200 OK'

 response_headers = [
  ('Content-Type', 'text/plain'),
  ('Content-Length', str(len(response_body)))
 ]

 start_response(status, response_headers)
 return [response_body]

# 中间件
class Upperware:
 def __init__(self, app):
  self.wrapped_app = app

 def __call__(self, environ, start_response):
  for data in self.wrapped_app(environ, start_response):
  yield data.upper()

wrapped_app = Upperware(application)

httpd = make_server('localhost', 8051, wrapped_app)

httpd.serve_forever()

print 'end'

然后

有了这些基础知识，就可以打造一个web框架了。感兴趣的话，可以阅读一下Bottle、Flask等的源码。

在Learn about WSGI还有更多关于WSGI的内容。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对三水点靠木的支持。

Python WSGI的深入理解

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?诽毂始

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