WSGI-Web服务器与Python应用程序如何交互规范

今天就跟大家聊聊有关WSGI -Web 服务器与 Python 应用程序如何交互规范，可能很多人都不太了解，为了让大家更加了解，小编给大家总结了以下内容，希望大家根据这篇文章可以有所收获。

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WSGI -Web 服务器与 Python 应用程序如何交互规范

WSGI 是什么

WSGI 是 Python Web Server Gateway Interface 的缩写，是描述 Web 服务器与 Python 应用程序之间如何交互的接口规范。该规范具体描述在 PEP-3333。

这个规范相当于 Web 服务器和 Python 应用程序之间的桥梁。对于 Web 服务器，WSGI 描述了如何把用户的请求数据交给 Python 应用程序；对于 Python 应用程序，WSGI 描述了如何获得用户的请求数据，如何将请求的处理结果返回给 Web 服务器。

WSGI -Web 服务器与 Python 应用程序如何交互规范

WSGI 应用程序

符合 WSGI 规范的 Python 应用程序必须是：

一个可调用对象(callable object，例如函数、类、实现了 __call__ 方法的实例)
接受两个由 WSGI Server 提供的参数：
environ 字典，包含环境变量，请求数据，如 REQUEST_METHOD，PATH_INFO，QUERY_STRING 等
start_response 函数，开始响应请求的回调函数，用于发送响应状态(HTTP status) 和响应头(HTTP headers)
返回一个由 bytes 类型元素组成的可迭代对象（通常是一个字节序列），即响应正文(Response body)

下面分别以函数、类、实现了 __call__ 方法的实例来演示符合 WSGI 规范的 Python 应用程序：

# 可调用对象是一个函数
def simple_app(environ, start_response):
 # 响应状态(状态码和状态信息)
 status = '200 OK'
 # 响应体
 response_body = b"Hello WSGI"
 # 响应头，是一个列表，每对键值都必须是一个 tuple
 response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),
 ('Content-Length', str(len(response_body)))]
 
 # 回调 WSGI 服务器提供的 start_response，返回响应状态和响应头
 start_response(status, response_headers)
 
 # 返回响应体，由 bytes 类型元素组成的可迭代对象
 return [response_body]
# 可调用对象是一个类
class AppClass:
 """可调用对象是 AppClass 类，调用方法： 
 for body in AppClass(env, start_response):
 process_body(body)
 """
 def __init__(self, environ, start_response):
 self.environ = environ
 self.start = start_response
 def __iter__(self):
 status = '200 OK'
 response_body = b"Hello WSGI"
 response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),
 ('Content-Length', str(len(response_body)))]
 self.start(status, response_headers)
 yield response_body
# 可调用对象是一个类实例
class AnotherAppClass:
 """可调用对象是 AnotherAppClass 类实例，调用方法：
 app = AnotherAppClass()
 for body in app(env, start_response):
 process_body(body)
 """
 def __init__(self):
 pass
 def __call__(self, environ, start_response):
 status = '200 OK'
 response_body = b"Hello WSGI"
 response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),
 ('Content-Length', str(len(response_body)))]
 start_response(status, response_headers)
 yield response_body

WSGI 服务器

跟 WSGI 应用程序对应的 WSGI 服务器需要完成以下工作：

接收 HTTP 请求，返回 HTTP 响应
提供 environ 数据，实现回调函数 start_response
调用 WSGI application，并将 environ，start_response 作为参数传入

简化版 WSGI 服务器内部的实现流程：

import os, sys
def unicode_to_wsgi(u):
 return u.decode('utf-8')
def wsgi_to_bytes(s):
 return s.encode('utf-8')
# application 是 WSGI 应用程序，一个可调用对象
def run_with_cgi(application):
 # 准备 environ 参数数据
 # 内部包含本次 HTTP 请求的数据，如 REQUEST_METHOD, PATH_INFO, QUERY_STRING 等
 environ = {k: unicode_to_wsgi(v) for k,v in os.environ.items()}
 # WSGI 环境变量
 environ['wsgi.input'] = sys.stdin.buffer
 environ['wsgi.errors'] = sys.stderr
 environ['wsgi.version'] = (1, 0)
 environ['wsgi.multithread'] = False
 environ['wsgi.multiprocess'] = True
 environ['wsgi.run_once'] = True
 if environ.get('HTTPS', 'off') in ('on', '1'):
 environ['wsgi.url_scheme'] = 'https'
 else:
 environ['wsgi.url_scheme'] = 'http'
 headers_set = []
 headers_sent = []
 def write(data):
 out = sys.stdout.buffer
 
 if not headers_set:
 raise AssertionError("write() before start_response()")
 elif not headers_sent:
 # 在第一次发送响应体之前，发送已经存在的响应头
 status, response_headers = headers_sent[:] = headers_set
 out.write(wsgi_to_bytes('Status: %s
' % status))
 for header in response_headers:
 out.write(wsgi_to_bytes('%s: %s
' % header))
 out.write(wsgi_to_bytes('
'))
 out.write(data)
 out.flush()
 # start_response 回调函数，根据 WSGI 应用程序传递过来的 HTTP status 和 response_headers
 # 设置响应状态和响应头
 def start_response(status, response_headers, exc_info=None):
 # 处理异常情况
 if exc_info:
 pass
 headers_set[:] = [status, response_headers]
 return write
 # 调用 WSGI 应用程序，传入准备好的 environ（请求数据）和 start_response（开始响应回调函数）
 result = application(environ, start_response)
 
 # 处理响应体
 try:
 for data in result:
 if data:
 write(data)
 finally:
 if hasattr(result, 'close'):
 result.close()

Middleware

Middleware(中间件) 处于 WSGI 服务器和 WSGI 应用程序之间。对于 WSGI 应用程序它相当于 WSGI 服务器，而对于 WSGI 服务器它相当于 WSGI 应用程序。它很像 WSGI 应用程序，接收到请求之后，做一些针对请求的处理，同时它又能在接收到响应之后，做一些针对响应的处理。所以 Middleware 的特点是：

被 WSGI 服务器或其他 Middleware 调用，返回 WSGI 应用程序
调用 WSGI 应用程序，传入 environ 和 start_response

我们以白名单过滤和响应后续处理来演示 Middleware：

from wsgiref.simple_server import make_server
def app(environ, start_response):
 # 响应状态(状态码和状态信息)
 status = '200 OK'
 # 响应体
 response_body = b"Hello WSGI"
 # 响应头，是一个列表，每对键值都必须是一个 tuple
 response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),
 ('Content-Length', str(len(response_body)))]
 
 # 回调 WSGI 服务器提供的 start_response，返回响应状态和响应头
 start_response(status, response_headers)
 
 # 返回响应体，由 bytes 类型元素组成的可迭代对象
 return [response_body]
# 针对请求数据进行处理的中间件
class WhitelistMiddleware(object):
 def __init__(self, app):
 self.app = app
 # 类实例被调用时，根据从请求中获得的 HTTP_HOST 实现白名单功能
 def __call__(self, environ, start_response):
 ip_addr = environ.get('HTTP_HOST').split(':')[0]
 if ip_addr not in ('127.0.0.1'):
 start_response('403 Forbidden', [('Content-Type', 'text/plain')])
 return [b'Forbidden']
 return self.app(environ, start_response)
# 针对响应数据进行处理的中间件
class UpperMiddleware(object):
 def __init__(self, app):
 self.app = app
 # 类实例被调用时，将响应体的内容转换成大写格式
 def __call__(self, environ, start_response):
 for data in self.app(environ, start_response):
 yield data.upper()
if __name__ == '__main__':
 app = UpperMiddleware(WhitelistMiddleware(app))
 with make_server('', 8000, app) as httpd:
 print("Serving on port 8000...")
 httpd.serve_forever()

上面例子是一份完整可运行的代码。函数 app 是 WSGI 应用程序，WhitelistMiddleware 和 UpperMiddleware 是 WSGI Middleware，WSGI 服务器使用的是 Python 内置的 wsgiref 模块（wsgiref 模块是 Python 3 提供的 WSGI 规范的参考实现，wsgiref 中的 WSGI 服务器可用于开发测试，不能使用在生产环境）。

在 WSGI 规范中给出了一些 Middleware 的使用场景，其中根据请求路径分发到不同应用程序的场景，正是一个 Web Framework 最基本的一项功能。下面我们来看一个通过 Middleware 实现的路由转发例子：

from wsgiref.simple_server import make_server
# 请求 path 分发中间件
class RouterMiddleware(object):
 def __init__(self):
 # 保存 path 与应用程序对应关系的字典
 self.path_info = {}
 
 def route(self, environ, start_response):
 application = self.path_info[environ['PATH_INFO']]
 return application(environ, start_response)
 
 # 类实例被调用时，保存 path 和应用程序对应关系
 def __call__(self, path):
 def wrapper(application):
 self.path_info[path] = application
 return wrapper
router = RouterMiddleware()
@router('/hello') # 调用 RouterMiddleware 类实例，保存 path 和应用程序对应关系
def hello(environ, start_response):
 status = '200 OK'
 response_body = b"Hello"
 response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),
 ('Content-Length', str(len(response_body)))]
 start_response(status, response_headers)
 return [response_body]
@router('/world')
def world(environ, start_response):
 status = '200 OK'
 response_body = b'World'
 response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),
 ('Content-Length', str(len(response_body)))]
 start_response(status, response_headers)
 return [response_body]
@router('/')
def hello_world(environ, start_response):
 status = '200 OK'
 response_body = b'Hello World'
 response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),
 ('Content-Length', str(len(response_body)))]
 start_response(status, response_headers)
 return [response_body]
def app(environ, start_response):
 return router.route(environ, start_response)
if __name__ == '__main__':
 with make_server('', 8000, app) as httpd:
 print("Serving on port 8000...")
 httpd.serve_forever()

WSGI 接口规范描述的 WSGI 应用程序太过于底层，对于开发人员很不友好。人们通常会使用 Web Framework 来完成一个 Web 应用的开发工作，然后会把这个 Web 应用部署在为生产环境准备的 Web 服务器上。

常用的 Python Web Framework：

Django
一个功能完备的 Web 框架，拥有庞大的开发者社区和丰富的第三方库。
Flask
一款微型框架，构建更小应用、API 和 web 服务。是任何不适用 Django 的 Python web 应用的默认选择。
Tornado
一个异步 web 框架，原生支持 WebSocket。
Bottle
更小的 Web 框架，整个框架只有一个 Python 文件，是不错的源码学习案例。

常用的 WSGI Web Server:

Gunicorn
纯 Python 实现的 WSGI 服务器，拥有十分简单的配置和十分合理的默认配置，使用简单。
uWSGI
基于 uwsgi 协议的，功能十分强大的 Web 服务器，同时也支持 Python WSGI 协议。性能很好，但配置复杂。

看完上述内容，你们对WSGI -Web 服务器与 Python 应用程序如何交互规范有进一步的了解吗？如果还想了解更多知识或者相关内容，请关注创新互联行业资讯频道，感谢大家的支持。

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