如何用Python写一个简单的Web框架

如何用Python写一个简单的Web框架，很多新手对此不是很清楚，为了帮助大家解决这个难题，下面小编将为大家详细讲解，有这方面需求的人可以来学习下，希望你能有所收获。

一、概述

在Python中，WSGI(Web Server Gateway  Interface)定义了Web服务器与Web应用(或Web框架)之间的标准接口。在WSGI的规范下，各种各样的Web服务器和Web框架都可以很好的交互。

由于WSGI的存在，用Python写一个简单的Web框架也变得非常容易。然而，同很多其他的强大软件一样，要实现一个功能丰富、健壮高效的Web框架并非易事;如果您打算这么做，可能使用一个现成的Web框架(如  Django、Tornado、web.py 等)会是更合适的选择。

尝试写一个类似web.py的Web框架。好吧，我承认我夸大其辞了：首先，web.py并不简单;其次，只重点实现了 URL调度(URL  dispatch)部分。

二、从demo_app开始

首先，作为一个初步体验，我们可以借助 wsgiref.simple_server 来搭建一个简单无比(trivial)的Web应用：

#!/usr/bin/env python  # -*- coding: utf-8 -*-     from wsgiref.simple_server import make_server, demo_app     httpd = make_server('', 8086, demo_app)  sa = httpd.socket.getsockname()  print 'http://{0}:{1}/'.format(*sa)     # Respond to requests until process is killed  httpd.serve_forever()

运行脚本：

$ python code.py  http://0.0.0.0:8086/

打开浏览器，输入http://0.0.0.0:8086/后可以看到：一行”Hello world!” 和 众多环境变量值。

三、WSGI中的application

WSGI中规定：application是一个 可调用对象(callable object)，它接受 environ 和 start_response  两个参数，并返回一个 字符串迭代对象。

其中，可调用对象 包括 函数、方法、类 或者 具有__call__方法的 实例;environ  是一个字典对象，包括CGI风格的环境变量(CGI-style environment variables)和 WSGI必需的变量(WSGI-required  variables);start_response 是一个可调用对象，它接受两个 常规参数(status，response_headers)和 一个  默认参数(exc_info);字符串迭代对象 可以是 字符串列表、生成器函数 或者 具有__iter__方法的可迭代实例。更多细节参考  Specification Details。

The Application/Framework Side 中给出了一个典型的application实现：

#!/usr/bin/env python  # -*- coding: utf-8 -*-     """application.py"""     def simple_app(environ, start_response):      """Simplest possible application object"""      status = '200 OK'      response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]      start_response(status, response_headers)      return ['Hello world!\n']

现在用simple_app来替换demo_app：

#!/usr/bin/env python  # -*- coding: utf-8 -*-     """code.py"""     from wsgiref.simple_server import make_server  from application import simple_app as app     if __name__ == '__main__':      httpd = make_server('', 8086, app)      sa = httpd.socket.getsockname()      print 'http://{0}:{1}/'.format(*sa)         # Respond to requests until process is killed      httpd.serve_forever()

运行脚本code.py后，访问http://0.0.0.0:8086/就可以看到那行熟悉的句子：Hello world!

四、区分URL

倒腾了一阵子后，您会发现不管如何改变URL中的path部分，得到的响应都是一样的。因为simple_app只识别host+port部分。

为了对URL中的path部分进行区分处理，需要修改application.py的实现。

首先，改用 类 来实现application：

#!/usr/bin/env python  # -*- coding: utf-8 -*-     """application.py"""     class my_app:      def __init__(self, environ, start_response):          self.environ = environ          self.start = start_response         def __iter__(self):          status = '200 OK'          response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]          self.start(status, response_headers)          yield "Hello world!\n"

然后，增加对URL中path部分的区分处理：

#!/usr/bin/env python  # -*- coding: utf-8 -*-     """application.py"""     class my_app:      def __init__(self, environ, start_response):          self.environ = environ          self.start = start_response         def __iter__(self):          path = self.environ['PATH_INFO']          if path == "/":              return self.GET_index()          elif path == "/hello":              return self.GET_hello()          else:              return self.notfound()         def GET_index(self):          status = '200 OK'          response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]          self.start(status, response_headers)          yield "Welcome!\n"         def GET_hello(self):          status = '200 OK'          response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]          self.start(status, response_headers)          yield "Hello world!\n"         def notfound(self):          status = '404 Not Found'          response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]          self.start(status, response_headers)          yield "Not Found\n"

修改code.py中的from application import simple_app as  app，用my_app来替换simple_app后即可体验效果。

五、重构

上面的代码虽然奏效，但是在编码风格和灵活性方面有很多问题，下面逐步对其进行重构。

1、正则匹配URL

消除URL硬编码，增加URL调度的灵活性：

#!/usr/bin/env python  # -*- coding: utf-8 -*-     """application.py"""     import re ##########修改点     class my_app:         urls = (          ("/", "index"),          ("/hello/(.*)", "hello"),      ) ##########修改点         def __init__(self, environ, start_response):          self.environ = environ          self.start = start_response         def __iter__(self): ##########修改点          path = self.environ['PATH_INFO']          method = self.environ['REQUEST_METHOD']             for pattern, name in self.urls:              m = re.match('^' + pattern + '$', path)              if m:                  # pass the matched groups as arguments to the function                  args = m.groups()                  funcname = method.upper() + '_' + name                  if hasattr(self, funcname):                      func = getattr(self, funcname)                      return func(*args)             return self.notfound()         def GET_index(self):          status = '200 OK'          response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]          self.start(status, response_headers)          yield "Welcome!\n"         def GET_hello(self, name): ##########修改点          status = '200 OK'          response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]          self.start(status, response_headers)          yield "Hello %s!\n" % name         def notfound(self):          status = '404 Not Found'          response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]          self.start(status, response_headers)          yield "Not Found\n"

2、DRY

消除GET_*方法中的重复代码，并且允许它们返回字符串：

#!/usr/bin/env python  # -*- coding: utf-8 -*-     """application.py"""     import re     class my_app:         urls = (          ("/", "index"),          ("/hello/(.*)", "hello"),      )         def __init__(self, environ, start_response): ##########修改点          self.environ = environ          self.start = start_response          self.status = '200 OK'          self._headers = []         def __iter__(self): ##########修改点          result = self.delegate()          self.start(self.status, self._headers)             # 将返回值result（字符串 或者 字符串列表）转换为迭代对象          if isinstance(result, basestring):              return iter([result])          else:              return iter(result)         def delegate(self): ##########修改点          path = self.environ['PATH_INFO']          method = self.environ['REQUEST_METHOD']             for pattern, name in self.urls:              m = re.match('^' + pattern + '$', path)              if m:                  # pass the matched groups as arguments to the function                  args = m.groups()                  funcname = method.upper() + '_' + name                  if hasattr(self, funcname):                      func = getattr(self, funcname)                      return func(*args)             return self.notfound()         def header(self, name, value): ##########修改点          self._headers.append((name, value))         def GET_index(self): ##########修改点          self.header('Content-type', 'text/plain')          return "Welcome!\n"         def GET_hello(self, name): ##########修改点          self.header('Content-type', 'text/plain')          return "Hello %s!\n" % name         def notfound(self): ##########修改点          self.status = '404 Not Found'          self.header('Content-type', 'text/plain')          return "Not Found\n"

3、抽象出框架

为了将类my_app抽象成一个独立的框架，需要作出以下修改：

• 剥离出其中的具体处理细节：urls配置 和 GET_*方法(改成在多个类中实现相应的GET方法)

• 把方法header实现为类方法(classmethod)，以方便外部作为功能函数调用

• 改用 具有__call__方法的 实例 来实现application

修改后的application.py(最终版本)：

#!/usr/bin/env python  # -*- coding: utf-8 -*-     """application.py"""     import re     class my_app:      """my simple web framework"""         headers = []         def __init__(self, urls=(), fvars={}):          self._urls = urls          self._fvars = fvars         def __call__(self, environ, start_response):          self._status = '200 OK' # 默认状态OK          del self.headers[:] # 清空上一次的headers             result = self._delegate(environ)          start_response(self._status, self.headers)             # 将返回值result（字符串 或者 字符串列表）转换为迭代对象          if isinstance(result, basestring):              return iter([result])          else:              return iter(result)         def _delegate(self, environ):          path = environ['PATH_INFO']          method = environ['REQUEST_METHOD']             for pattern, name in self._urls:              m = re.match('^' + pattern + '$', path)              if m:                  # pass the matched groups as arguments to the function                  args = m.groups()                  funcname = method.upper() # 方法名大写（如GET、POST）                  klass = self._fvars.get(name) # 根据字符串名称查找类对象                  if hasattr(klass, funcname):                      func = getattr(klass, funcname)                      return func(klass(), *args)             return self._notfound()         def _notfound(self):          self._status = '404 Not Found'          self.header('Content-type', 'text/plain')          return "Not Found\n"         @classmethod      def header(cls, name, value):          cls.headers.append((name, value))

对应修改后的code.py(最终版本)：

#!/usr/bin/env python  # -*- coding: utf-8 -*-     """code.py"""     from application import my_app     urls = (      ("/", "index"),      ("/hello/(.*)", "hello"),  )     wsgiapp = my_app(urls, globals())     class index:      def GET(self):          my_app.header('Content-type', 'text/plain')          return "Welcome!\n"     class hello:      def GET(self, name):          my_app.header('Content-type', 'text/plain')          return "Hello %s!\n" % name     if __name__ == '__main__':      from wsgiref.simple_server import make_server      httpd = make_server('', 8086, wsgiapp)         sa = httpd.socket.getsockname()      print 'http://{0}:{1}/'.format(*sa)         # Respond to requests until process is killed      httpd.serve_forever()

当然，您还可以在code.py中配置更多的URL映射，并实现相应的类来对请求作出响应。

主要参考了 How to write a web framework in Python(作者 anandology  是web.py代码的两位维护者之一，另一位则是大名鼎鼎却英年早逝的 Aaron Swartz)，在此基础上作了一些调整和修改，并掺杂了自己的一些想法。

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