一步一步理解 python web 框架，才不会从入门到放弃
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()
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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
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：
HTTP响应报文格式：
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()
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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。
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()
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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
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()
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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。
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()
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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。
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。
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。