WSGI与Flask
在学习Flask Web开发时遇到了WSGI，那么WSGI是什么呢？WSGI和Flask有什么关系呢？
一、WSGI为什么会出现？
在学习一个东西之前，我们肯定想知道：它为什么会出现？那么，WSGI为什么会出现呢？
我们知道，部署一个web应用，经常需要使用nginx、apache或者IIS等web服务器把web应用跑起来，然后用户在浏览器可以通过URL进行访问。
为了能够让各种web服务器都能支持web应用，所以必须在web应用和web服务器之间有一个统一的规范（协议）。
其实，在PEP 3333中也有提到它的目标：
为了定义了一个“ Web 服务器和 Python Web 应用程序或框架之间”的标准接口，以便提升 Web 应用程序在不同 Web 服务器上的可移植性。
注意：
1、这里的web应用是Python Web应用程序。
2、这里的web服务器是指nginx、apache等。
3、WSGI为什么会出现在WSGI有更加详细的说明。
https://github.com/python/peps/blob/master/pep-0333.txt
二、什么是WSGI
全称Python Web Server Gateway Interface，指定了web服务器和Python web应用或web框架之间的标准接口，以提高web应用在一系列web服务器间的移植性。
具体可查看 官方文档
从上面的介绍看出，WSGI是一种协议或规范：描述web server如何与web application通信的规范，以及webapp怎么处理前端请求。
一个web服务具体流程类：
- 用户操作操作浏览器发送请求；
- 请求转发至对应的web服务器
- web服务器将请求转交给web应用程序，web应用程序处理请求
- web应用将请求结果返回给web服务器，由web服务器返回用户响应结果
- 浏览器收到响应，向用户展示
WSGI的主要作用是在Web服务器（uwsgi）和Web应用程序（application）承担“翻译官”的角色。对于这一角色可以这样理解：
- Web服务器的责任在于监听和接收请求。在处理请求的时候调用WSGI提供的标准化接口，将请求的信息转给WSGI；
- WSGI的责任在于“中转”请求和响应信息，还有将HTTP报文转换为WSGI规定的格式。WSGI接收到Web服务器提供的请求信息后可以做一些处理，之后通过标准化接口调用Web应用，并将请求信息传递给Web应用。同时，WSGI还将会处理Web应用返回的响应信息，并通过服务器返回给客户端；
- Web应用的责任在于接收请求信息，并且生成响应。
根据以上分析，要实现符合WSGI标准的Web服务，服务器和应用程序的设计就要符合WSGI规范。
有了wsgi这份接口规范，在web开发的过程中，能更加自由的选择服务器端和框架；在服务器端和框架的开发过程能够分离开来，不用过多的考虑双方具体的实现，使得服务器端和框架开发者能够专心自己领域的开发工作。
三、WSGI的实现
因为WSGI其实就是一个协议，根据官方的定义，大致内容如下：
● WSGI application能够调用python对象（函数或者一个带有__call__方法的类。__call__方法有2个参数：第一个参数是WSGI的environ，第二个参数是一个start_response函数。
● application必须使用start_response(status，headers)，并且返回值是一个可迭的代序列，序列中的每个对象将标准输出。
● WSGI environ和CGI environ一样，都是一些键值对，要么是提供给server，要么提供给middleware。
● 可以将包装后的middleware添加到你的app中。
一起实现一个简单WSGI服务吧
def application(environ, start_response):status = "200 OK"response_headers = [('Content-Type', 'text/html')]start_response(status, response_headers)path = environ['PATH_INFO'][1:] or 'hello'return [b'<h1> %s </h1>' % path.encode()]方法 application由 web服务器调用，参数env，start_response 由 web服务器实现并传入。其中，env是一个字典，包含了类似 HTTP_HOST，HOST_USER_AGENT，SERVER_PROTOCO 等环境变量。start_response则是一个方法，该方法接受两个参数，分别是status，response_headers。application方法的主要作用是，设置 http 响应的状态码和 Content-Type 等头部信息，并返回响应的具体结果。
接下来，我们需要一个服务器启动WSGI服务器用来处理验证，使用Python内置的WSGI服务器模块wsgiref，编写server.py：
# coding:utf-8
"""
desc: WSGI服务器实现
"""
from wsgiref.simple_server import make_server
from learn_wsgi.client import applicationdef main():server = make_server('localhost', 8001, hello)print('Serving HTTP on port 8001...')server.serve_forever()if __name__ == '__main__':main()执行python server.py，浏览器打开"http://localhost:8001/a"，即可验证。
上述代码就是一个完整的 WSGI 应用，当一个支持 WSGI 的 web服务器接收到客户端的请求后，便会调用这个 application 方法。WSGI 层并不需要关心env，start_response 这两个变量是如何实现的，就像在 application 里面所做的，直接使用这两个变量即可。
当然，以上只是一个简单的案例，那么在python的Web框架内部是如何遵循WSGI规范的呢？以Flask举例，而这个叫做application的东西，在Flask框架内部的名字，叫做wsgi_app。
四、Werkzeug
都知道Flask是一个web框架，而且Flask是基于werkzeug开发的，那werkzeug是什么呢？
Werkzeug是一个WSGI工具包，他可以作为一个Web框架的底层库。这里稍微说一下， werkzeug 不是一个web服务器，也不是一个web框架，而是一个工具包，官方的介绍说是一个 WSGI 工具包，它可以作为一个 Web 框架的底层库，因为它封装好了很多 Web 框架的东西，例如 Request，Response 等等。使用它可以减轻web框架开发工作量。werkzeug也实现了WSGI容器的功能。WSGI容器的作用就是根据web服务器传递而来的参数构建一个让WSGI应用成功执行的环境，例如request，而且还得把WSGI应用上处理好的结果返回给web服务器。此外WSGI容器也叫应用服务器。而且利用python/http/server.py库实现了一个简易的http服务器。因此在调试的时候可以直接使用app.run()把服务器给运行起来。
注： 一般应用服务器都集成了web服务器，主要是为了调试方便，出于性能和稳定性考虑，并不能在生产环境中使用。
WSGI简化了编写Web app的复杂度，使程序员不必关注底层的数据传输而专注于Web本身。框架则基于WSGI进一步抽象，用一个函数处理一个URL。而URL与函数的绑定，称为路由(route)，而这些就交给Web框架来做了。Python Flask的路由，是由装饰器实现的
五、Flask的WSGI的实现
有了上面的知识，从最简单的这个flask程序来看WSGI的实现。
- 使用app.run()方法来启动flask应用（app.run()代码隐藏着创建一个服务器），app应用本身会作为参数传递到WSGI服务器中。
- 在客户端（这里就是浏览器）输入网址（发送一个请求），服务器使用WSGI 中间件来处理这个请求。
- WSGI 处理请求对应着wsgi_app(self, environ, start_response)方法，self参数对应着app，即flask程序；environ和 start_response由服务器提供。
- wsgi_app()作用就是调用各种请求处理函数来处理请求，然后返回处理结果。即用户输入网址后，看到了网页响应。
from flask import Flaskapp = Flask(__name__)
#生成app实例，传递 __name__参数，__name__ 就是当前模块名字。@app.route("/")
def index():return "hello world"if __name__ == '__main__':app.run(debug=True)5.1 首先 app.run() 方法开始
看 run() 方法的定义，调用了werkzeug库中的一个 run_simple() 方法，最后启动了 BaseWSGIServer 服务器。 运行 run() 方法是只传递了 debug=True 参数。 看 run() 方法内部：
- 第一个 if 语句设置默认host参数值为 127.0.0.1
- 第二个 if 语句设置默认port参数值为5000
- 第三个 if 语句中传递了debug 参数值为 True
- the options to be forwarded to the underlying Werkzeug server. 这里把debug状态传递到底层的Werkzeug server。即use_reloader=True ; use_debugger=True
- 最后调用werkzeug库中的一个run_simple()方法。同时，传递了刚刚设置的几个参数
def run(self, host=None, port=None, debug=None, **options):"""Runs the application on a local development server...."""from werkzeug.serving import run_simpleif host is None:host = '127.0.0.1'if port is None:server_name = self.config['SERVER_NAME']if server_name and ':' in server_name:port = int(server_name.rsplit(':', 1)[1])else:port = 5000if debug is not None:self.debug = bool(debug)options.setdefault('use_reloader', self.debug)options.setdefault('use_debugger', self.debug)try:run_simple(host, port, self, **options)finally:self._got_first_request = False5.2 run_simple() 方法
hostname, port, application 对应着刚才run()方法中传递过来的host, port, self 参数。(这里self 就是Flask实例化了的app)
同时run()方法中还传递了user_debugger=True；user_loader=True 。剩余的参数使用初始值。
根据上面 user_loader=True，第一个if语句成立，调用了werkzeug.debug模块中的 DebuggedApplication类来对应用程序包装一次。传入了application参数和use_evalex参数，调用run_simple()方法时设置了use_evalex=True。DebuggedApplication类的简单说明：Enables debugging support for a given application
第二个if条件语句不成立，不执行之后的代码。
定义了log_startup函数和inner()函数，使用的时候再看具体实现了什么。
if use_reloader: 成立，会执行之后的代码。最关键的一行代码： run_with_reloader(inner, extra_files, reloader_interval, reloader_type)。调用了run_with_reloader方法，inner作为run_with_reloader方法中的main_func 参数；run_simple()方法设置了extra_files=None ，reloader_interval=1， reloader_type='auto' 同时作为参数传递到run_with_reloader方法中。
然后，inner()方法中关键语句：make_server()创建http服务器; server_forever()让服务器不要关闭，一直等待下一个请求。
def run_simple(hostname, port, application, use_reloader=False,use_debugger=False, use_evalex=True,extra_files=None, reloader_interval=1,reloader_type='auto', threaded=False,processes=1, request_handler=None, static_files=None,passthrough_errors=False, ssl_context=None):"""Start a WSGI application. Optional features include a reloader,multithreading and fork support.:param hostname: The host for the . eg: ``'localhost'``:param port: The port for the server. eg: ``8080``:param application: the WSGI application to execute...(省略了其余的参数介绍。)"""if use_debugger:from werkzeug.debug import DebuggedApplicationapplication = DebuggedApplication(application, use_evalex)if static_files:from werkzeug.wsgi import SharedDataMiddlewareapplication = SharedDataMiddleware(application, static_files)def log_startup(sock):display_hostname = hostname not in ('', '*') and hostname or 'localhost'if ':' in display_hostname:display_hostname = '[%s]' % display_hostnamequit_msg = '(Press CTRL+C to quit)'port = sock.getsockname()[1]_log('info', ' * Running on %s://%s:%d/ %s',ssl_context is None and 'http' or 'https',display_hostname, port, quit_msg)def inner():try:fd = int(os.environ['WERKZEUG_SERVER_FD'])except (LookupError, ValueError):fd = Nonesrv = make_server(hostname, port, application, threaded,processes, request_handler,passthrough_errors, ssl_context,fd=fd)if fd is None:log_startup(srv.socket)srv.serve_forever()if use_reloader:# If we're not running already in the subprocess that is the# reloader we want to open up a socket early to make sure the# port is actually available.if os.environ.get('WERKZEUG_RUN_MAIN') != 'true':if port == 0 and not can_open_by_fd:raise ValueError('Cannot bind to a random port with enabled ''reloader if the Python interpreter does ''not support socket opening by fd.')# Create and destroy a socket so that any exceptions are# raised before we spawn a separate Python interpreter and# lose this ability.address_family = select_ip_version(hostname, port)s = socket.socket(address_family, socket.SOCK_STREAM)s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)s.bind((hostname, port))if hasattr(s, 'set_inheritable'):s.set_inheritable(True)# If we can open the socket by file descriptor, then we can just# reuse this one and our socket will survive the restarts.if can_open_by_fd:os.environ['WERKZEUG_SERVER_FD'] = str(s.fileno())s.listen(LISTEN_QUEUE)log_startup(s)else:s.close()# Do not use relative imports, otherwise "python -m werkzeug.serving"# breaks.from werkzeug._reloader import run_with_reloaderrun_with_reloader(inner, extra_files, reloader_interval,reloader_type)else:inner()5.3 makeserver() 方法
- inner()方法中调用makeserver()方法时传递了所有需要的参数: hostname = 127.0.0.1；port = 5000； app：在这里就是flask 程序；thread-线程。 processes = 1 单进程 …
- 根据判断条件，make_server()方法最后会返回BaseWSGIServer(host, port, app, request_handler, passthrough_errors, ssl_context, fd=fd) 来启动BaseWSGIServer，创造一个单线程，单进程的WSGI server。
def make_server(host=None, port=None, app=None, threaded=False, processes=1,request_handler=None, passthrough_errors=False,ssl_context=None, fd=None):"""Create a new server instance that is either threaded, or forksor just processes one request after another."""if threaded and processes > 1:raise ValueError("cannot have a multithreaded and ""multi process server.")elif threaded:return ThreadedWSGIServer(host, port, app, request_handler,passthrough_errors, ssl_context, fd=fd)elif processes > 1:return ForkingWSGIServer(host, port, app, processes, request_handler,passthrough_errors, ssl_context, fd=fd)else:return BaseWSGIServer(host, port, app, request_handler,passthrough_errors, ssl_context, fd=fd)5.4 class BaseWSGIServer(HTTPServer, object)
BaseWSGIServer类继承自HTTPServer类，最后详细讲。
class BaseWSGIServer(HTTPServer, object):"""Simple single-threaded, single-process WSGI server."""multithread = Falsemultiprocess = Falserequest_queue_size = LISTEN_QUEUEdef __init__(self, host, port, app, handler=None,passthrough_errors=False, ssl_context=None, fd=None):if handler is None:handler = WSGIRequestHandlerself.address_family = select_ip_version(host, port)if fd is not None:real_sock = socket.fromfd(fd, self.address_family,socket.SOCK_STREAM)port = 0HTTPServer.__init__(self, (host, int(port)), handler)self.app = appself.passthrough_errors = passthrough_errorsself.shutdown_signal = Falseself.host = hostself.port = self.socket.getsockname()[1]# Patch in the original socket.if fd is not None:self.socket.close()self.socket = real_sockself.server_address = self.socket.getsockname()if ssl_context is not None:if isinstance(ssl_context, tuple):ssl_context = load_ssl_context(*ssl_context)if ssl_context == 'adhoc':ssl_context = generate_adhoc_ssl_context()# If we are on Python 2 the return value from socket.fromfd# is an internal socket object but what we need for ssl wrap# is the wrapper around it :(sock = self.socketif PY2 and not isinstance(sock, socket.socket):sock = socket.socket(sock.family, sock.type, sock.proto, sock)self.socket = ssl_context.wrap_socket(sock, server_side=True)self.ssl_context = ssl_contextelse:self.ssl_context = Nonedef log(self, type, message, *args):_log(type, message, *args)def serve_forever(self):self.shutdown_signal = Falsetry:HTTPServer.serve_forever(self)except KeyboardInterrupt:passfinally:self.server_close()def handle_error(self, request, client_address):if self.passthrough_errors:raisereturn HTTPServer.handle_error(self, request, client_address)def get_request(self):con, info = self.socket.accept()return con, info5.5 HTTPServer类
- HTTPServer类在python安装路径的Lib/http/server.py 模块中。
- HTTPServer类实现了一个server_bind()方法用来绑定服务器地址和端口。
- class HTTPServer(socketserver.TCPServer) HTTPServer类继承了socketserver模块中的TCPServer类。
class HTTPServer(socketserver.TCPServer):allow_reuse_address = 1 # Seems to make sense in testing environmentdef server_bind(self):"""Override server_bind to store the server name."""socketserver.TCPServer.server_bind(self)host, port = self.server_address[:2]self.server_name = socket.getfqdn(host)self.server_port = port5.6 TCPServer 类
- TCPServer在socketserver模块中。首先，socket 介绍： A network socket is an internal endpoint for sending or receiving data at a single node in a computer network. 。
- TCPServer类中的介绍：Base class for various socket-based server classes. Defaults to synchronous IP stream (i.e., TCP).
- TCPServer类继承了BaseServer基类。都是定义了服务器端的基本属性。后面的继承类可以重写这里的一部分属性。
5.7 再回到BaseWSGIServer 类
BaseWSGIServer类重写了一大堆东西，首先 __init__ 初始化类中的变量，供类中其他函数调用。
- __init__ 函数首先定义了
handler = WSGIRequestHandler来处理请求。 WSGIRequestHandler简单介绍：A request handler that implements WSGI dispatching.class WSGIRequestHandler(BaseHTTPRequestHandler, object)
WSGIRequestHandler继承自BaseHTTPRequestHandler。class BaseHTTPRequestHandler(socketserver.StreamRequestHandler)
BaseHTTPRequestHandler继承自socketserver模块中的StreamRequestHandlerclass StreamRequestHandler(BaseRequestHandler)
StreamRequestHandler继承自BaseRequestHandler，就是用来处理请求的类。- 最初的
BaseRequestHandler基类定义的属性很少，一层层的重写，到了WSGIRequestHandler类，越来越完善了。 - 最重要的要知道，这个
WSGIRequestHandler类是用来处理请求的。
def __init__(self, host, port, app, handler=None,passthrough_errors=False, ssl_context=None, fd=None):if handler is None:handler = WSGIRequestHandler...8. WSGIRequestHandler类中定义了很多方法。因为WSGI 是单线程、单进程的server，来看这个handle_one_request(self)方法，用来处理一个请求。
def handle_one_request(self):"""Handle a single HTTP request."""self.raw_requestline = self.rfile.readline()if not self.raw_requestline:self.close_connection = 1elif self.parse_request():return self.run_wsgi() 9. 调用了run_wsgi()方法，run_wsgi()方法方法好长，重点看这句execute(self.server.app) ，在这儿处理请求使用Flask中的__call__ 方法。。app（Flask实例对象）作为参数在make_server()时已经传递到服务器中了。
def run_wsgi(self):...def write(data):...def start_response(status, response_headers, exc_info=None):...return writedef execute(app):...try:execute(self.server.app)except ......10. 服务器收到http请求，去调用app的时候，实际上是用了Flask 的 __call__方法，会调用wsgi_app()方法。
def __call__(self, environ, start_response):"""Shortcut for :attr:`wsgi_app`."""return self.wsgi_app(environ, start_response)11. 到了wsgi_app()，这里wsgi_app作为中间件的存在，连接着服务器和应用程序。对服务器来说wsgi_app是应用程序；对应用程序来说，wsgi_app是服务器。
wsgi_app(self, environ, start_response)需要三个参数，self即需要运行的flask 应用程序，在创建服务器时传递到了 WSGI server。environ, start_response由服务器提供，wsgi_app的功能就是根据请求查找各种请求处理函数，然后返回请求处理结果到服务器。
def wsgi_app(self, environ, start_response):"""The actual WSGI application. This is not implemented in`__call__` so that middlewares can be applied without losing areference to the class. So instead of doing this::app = MyMiddleware(app):param environ: a WSGI environment:param start_response: a callable accepting a status code,a list of headers and an optionalexception context to start the response"""ctx = self.request_context(environ)ctx.push()error = Nonetry:try:response = self.full_dispatch_request()except Exception as e:error = eresponse = self.handle_exception(e)except:error = sys.exc_info()[1]raisereturn response(environ, start_response)finally:if self.should_ignore_error(error):error = Nonectx.auto_pop(error)六、结束语
最后以 Nginx（web server），WSGI，Flask（web app） 之间的对话结束本文。
===========================================================
Nginx：Hey，WSGI，我刚从用户那里收到了一个请求，现在转发给你。
WSGI：好的，Nginx，我会设置好环境变量，然后将这个请求传递给Flask处理。
Flask：Thanks WSGI！给我一些时间，我将会把请求的响应返回给你。
WSGI：All right，那我等你。
Flask：Okay，我完成了，这里是请求的响应结果，请求把结果传递给Nginx。
WSGI：Good job！Nginx，这里是响应结果，已经按照要求给你传递回来了。
Nginx：Cool，我收到了，我把响应结果返回给客户端。大家合作愉快~
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