Web框架的本质--更好地理解Django封装

Web框架的本质

我们可以这样理解：所有的Web应用本质上就是一个socket服务端，而用户的浏览器就是一个socket客户端。 这样我们就可以自己实现Web框架了。

半成品Web框架

import socket

sk = socket.socket()
sk.bind(("127.0.0.1", 80)) #绑定ip和端口
sk.listen() # 监听


while True:
    conn, addr = sk.accept()
    data = conn.recv(8096)
    print(data)  # 将浏览器发来的消息打印出来
    conn.send(b"OK")
    conn.close()

用户的浏览器一输入网址，会给服务端发送数据，各个浏览器传输给服务器的数据以及服务器给浏览器的数据都得遵守同样的规则，这个规则就是HTTP协议。

HTTP协议主要规定了客户端和服务器之间的通信格式，那HTTP协议是怎么规定消息格式的呢？

让我们首先打印下我们在服务端接收到的消息是什么。

输出：

GET / HTTP/1.1

Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8

Accept-Language: zh-CN
Upgrade-Insecure-Requests: 1

User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/70.0.3538.102 Safari/537.36 Edge/18.18362

Accept-Encoding: gzip, deflate

Host: 127.0.0.1:8080

DNT: 1

Connection: Keep-Alive

HTTP请求格式：

HTTP响应格式:

经过上面的补充学习，我们知道了要想让我们自己写的web server端正经起来，必须要让我们的Web server在给客户端回复消息的时候按照HTTP协议的规则加上响应状态行，这样我们就实现了一个正经的Web框架了。

简易Web框架

import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind(('127.0.0.1', 8000))
sock.listen()

while True:
    conn, addr = sock.accept()
    data = conn.recv(8096)
    # 给回复的消息加上响应状态行
    conn.send(b"HTTP/1.1 200 OK

")
    conn.send(b"OK")
    conn.close()

我们通过十几行代码简单地演示了web 框架的本质。

接下来就让我们继续完善我们的自定义web框架吧！

如何让我们的Web服务根据用户请求的URL不同而返回不同的内容呢？

我们可以从请求相关数据里面拿到请求URL的路径，然后拿路径做一个判断...

根据不同的路径返回不同的内容

"""
根据URL中不同的路径返回不同的内容
"""

import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(("127.0.0.1", 8080))  # 绑定IP和端口
sk.listen()  # 监听


while 1:
    # 等待连接
    conn, add = sk.accept()
    data = conn.recv(8096)  # 接收客户端发来的消息
    # 从data中取到路径
    data = str(data, encoding="utf8")  # 把收到的字节类型的数据转换成字符串
    # 按
分割
    data1 = data.split("
")[0]
    url = data1.split()[1]  # url是我们从浏览器发过来的消息中分离出的访问路径
    conn.send(b'HTTP/1.1 200 OK

')  # 因为要遵循HTTP协议，所以回复的消息也要加状态行
    # 根据不同的路径返回不同内容
    if url == "/index/":
        response = b"index"
    elif url == "/home/":
        response = b"home"
    else:
        response = b"404 not found!"

    conn.send(response)
    conn.close()

根据不同的路径返回不同的内容--函数版

如何让我们的Web服务根据用户请求的URL不同而返回不同的内容呢？

我们可以从请求相关数据里面拿到请求URL的路径，然后拿路径做一个判断...

"""
根据URL中不同的路径返回不同的内容
"""

import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(("127.0.0.1", 8080))  # 绑定IP和端口
sk.listen()  # 监听


while 1:
    # 等待连接
    conn, add = sk.accept()
    data = conn.recv(8096)  # 接收客户端发来的消息
    # 从data中取到路径
    data = str(data, encoding="utf8")  # 把收到的字节类型的数据转换成字符串
    # 按
分割
    data1 = data.split("
")[0]
    url = data1.split()[1]  # url是我们从浏览器发过来的消息中分离出的访问路径
    conn.send(b'HTTP/1.1 200 OK

')  # 因为要遵循HTTP协议，所以回复的消息也要加状态行
    # 根据不同的路径返回不同内容
    if url == "/index/":
        response = b"index"
    elif url == "/home/":
        response = b"home"
    else:
        response = b"404 not found!"

    conn.send(response)
    conn.close()

根据不同的路径返回不同的内容--函数进阶版 

"""
根据URL中不同的路径返回不同的内容--函数进阶版
"""

import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(("127.0.0.1", 8080))  # 绑定IP和端口
sk.listen()  # 监听


# 将返回不同的内容部分封装成函数
def index(url):
    s = "这是{}页面！".format(url)
    return bytes(s, encoding="utf8")


def home(url):
    s = "这是{}页面！".format(url)
    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 = [
    ("/index/", index),
    ("/home/", home),
]

while 1:
    # 等待连接
    conn, add = sk.accept()
    data = conn.recv(8096)  # 接收客户端发来的消息
    # 从data中取到路径
    data = str(data, encoding="utf8")  # 把收到的字节类型的数据转换成字符串
    # 按
分割
    data1 = data.split("
")[0]
    url = data1.split()[1]  # url是我们从浏览器发过来的消息中分离出的访问路径
    conn.send(b'HTTP/1.1 200 OK

')  # 因为要遵循HTTP协议，所以回复的消息也要加状态行
    # 根据不同的路径返回不同内容
    func = None  # 定义一个保存将要执行的函数名的变量
    for i in list1:
        if i[0] == url:
            func = i[1]
            break
    if func:
        response = func(url)
    else:
        response = b"404 not found!"

    # 返回具体的响应消息
    conn.send(response)
    conn.close()

返回具体的HTML文件

 完美解决了不同URL返回不同内容的问题。 但是我不想仅仅返回几个字符串，我想给浏览器返回完整的HTML内容，这又该怎么办呢？

 不管是什么内容，最后都是转换成字节数据发送出去的。 我们可以打开HTML文件，读取出它内部的二进制数据，然后再发送给浏览器。 

"""
根据URL中不同的路径返回不同的内容--函数进阶版
返回独立的HTML页面
"""

import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(("127.0.0.1", 8080))  # 绑定IP和端口
sk.listen()  # 监听


# 将返回不同的内容部分封装成函数
def index(url):
    # 读取index.html页面的内容
    with open("index.html", "r", encoding="utf8") as f:
        s = f.read()
    # 返回字节数据
    return bytes(s, encoding="utf8")


def home(url):
    with open("home.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 = [
    ("/index/", index),
    ("/home/", home),
]

while 1:
    # 等待连接
    conn, add = sk.accept()
    data = conn.recv(8096)  # 接收客户端发来的消息
    # 从data中取到路径
    data = str(data, encoding="utf8")  # 把收到的字节类型的数据转换成字符串
    # 按
分割
    data1 = data.split("
")[0]
    url = data1.split()[1]  # url是我们从浏览器发过来的消息中分离出的访问路径
    conn.send(b'HTTP/1.1 200 OK

')  # 因为要遵循HTTP协议，所以回复的消息也要加状态行
    # 根据不同的路径返回不同内容
    func = None  # 定义一个保存将要执行的函数名的变量
    for i in list1:
        if i[0] == url:
            func = i[1]
            break
    if func:
        response = func(url)
    else:
        response = b"404 not found!"

    # 返回具体的响应消息
    conn.send(response)
    conn.close()

总结一下:

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等模板...

　　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

服务器程序和应用程序

对于真实开发中的python web程序来说，一般会分为两部分：服务器程序和应用程序。

服务器程序负责对socket服务器进行封装，并在请求到来时，对请求的各种数据进行整理。

应用程序则负责具体的逻辑处理。为了方便应用程序的开发，就出现了众多的Web框架，例如：Django、Flask、web.py 等。不同的框架有不同的开发方式，但是无论如何，开发出的应用程序都要和服务器程序配合，才能为用户提供服务。

这样，服务器程序就需要为不同的框架提供不同的支持。这样混乱的局面无论对于服务器还是框架，都是不好的。对服务器来说，需要支持各种不同框架，对框架来说，只有支持它的服务器才能被开发出的应用使用。

这时候，标准化就变得尤为重要。我们可以设立一个标准，只要服务器程序支持这个标准，框架也支持这个标准，那么他们就可以配合使用。一旦标准确定，双方各自实现。这样，服务器可以支持更多支持标准的框架，框架也可以使用更多支持标准的服务器。

WSGI（Web Server Gateway Interface）就是一种规范，它定义了使用Python编写的web应用程序与web服务器程序之间的接口格式，实现web应用程序与web服务器程序间的解耦。

常用的WSGI服务器有uwsgi、Gunicorn。而Python标准库提供的独立WSGI服务器叫wsgiref，Django开发环境用的就是这个模块来做服务器。

wsgiref

我们利用wsgiref模块来替换我们自己写的web框架的socket server部分：

"""
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模块版
"""

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 index(url):
    with open("index.html", "r", encoding="utf8") as f:
        s = f.read()
        now = str(time.time())
        s = s.replace("@@oo@@", now)
    return bytes(s, encoding="utf8")


def home(url):
    with open("home.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 = [
    ("/index/", index),
    ("/home/", home),
]


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"404 not found!"
    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()

jinja2

上面的代码实现了一个简单的动态，我完全可以从数据库中查询数据，然后去替换我html中的对应内容，然后再发送给浏览器完成渲染。 这个过程就相当于HTML模板渲染数据。 本质上就是HTML内容中利用一些特殊的符号来替换要展示的数据。 我这里用的特殊符号是我定义的，其实模板渲染有个现成的工具： jinja2

下载jinja2:

pip install jinja2

使用jinja2渲染index2.html文件：

index2.html文件

<!DOCTYPE html> <html lang="zh-CN"> <head> <meta charset="UTF-8"> <meta http-equiv="x-ua-compatible" content="IE=edge"> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1"> <title>Title</title> </head> <body> <h1>姓名：{{name}}</h1> <h1>爱好：</h1> <ul> {% for hobby in hobby_list %} <li>{{hobby}}</li> {% endfor %} </ul> </body> </html>

from wsgiref.simple_server import make_server
from jinja2 import Template


def index():
    with open("index2.html", "r") as f:
        data = f.read()
    template = Template(data)  # 生成模板文件
    ret = template.render({"name": "Alex", "hobby_list": ["烫头", "泡吧"]})  # 把数据填充到模板里面
    return [bytes(ret, encoding="utf8"), ]


def home():
    with open("home.html", "rb") as f:
        data = f.read()
    return [data, ]


# 定义一个url和函数的对应关系
URL_LIST = [
    ("/index/", index),
    ("/home/", home),
]


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  # 将要执行的函数
    for i in URL_LIST:
        if i[0] == url:
            func = i[1]  # 去之前定义好的url列表里找url应该执行的函数
            break
    if func:  # 如果能找到要执行的函数
        return func()  # 返回函数的执行结果
    else:
        return [bytes("404没有该页面", encoding="utf8"), ]


if __name__ == '__main__':
    httpd = make_server('', 8000, run_server)
    print("Serving HTTP on port 8000...")
    httpd.serve_forever()

Django

第一个Django项目创建参考上一篇文章

目录介绍：

mysite/
├── manage.py  # 管理文件
└── mysite  # 项目目录
    ├── __init__.py
    ├── settings.py  # 配置
    ├── urls.py  # 路由 --> URL和函数的对应关系
    └── wsgi.py  # runserver命令就使用wsgiref模块做简单的web server

模板文件配置：

TEMPLATES = [
    {
        'BACKEND': 'django.template.backends.django.DjangoTemplates',
        'DIRS': [os.path.join(BASE_DIR, "template")],  # template文件夹位置
        'APP_DIRS': True,
        'OPTIONS': {
            'context_processors': [
                'django.template.context_processors.debug',
                'django.template.context_processors.request',
                'django.contrib.auth.context_processors.auth',
                'django.contrib.messages.context_processors.messages',
            ],
        },
    },
]

静态文件配置：

STATIC_URL = '/static/'  # HTML中使用的静态文件夹前缀
STATICFILES_DIRS = [
    os.path.join(BASE_DIR, "static"),  # 静态文件存放位置
]

刚开始学习时可在配置文件中暂时禁用csrf中间件，方便表单提交测试。

MIDDLEWARE = [
    'django.middleware.security.SecurityMiddleware',
    'django.contrib.sessions.middleware.SessionMiddleware',
    'django.middleware.common.CommonMiddleware',
    # 'django.middleware.csrf.CsrfViewMiddleware',
    'django.contrib.auth.middleware.AuthenticationMiddleware',
    'django.contrib.messages.middleware.MessageMiddleware',
    'django.middleware.clickjacking.XFrameOptionsMiddleware',
]

Django基础必备三件套：

from django.shortcuts import HttpResponse, render, redirect

HttpResponse

内部传入一个字符串参数，返回给浏览器。

例如：

def index(request):
    # 业务逻辑代码
    return HttpResponse("OK")

render

除request参数外还接受一个待渲染的模板文件和一个保存具体数据的字典参数。

将数据填充进模板文件，最后把结果返回给浏览器。（类似于我们上面用到的jinja2）

例如：

def index(request):
    # 业务逻辑代码
    return render(request, "index.html", {"name": "alex", "hobby": ["烫头", "泡吧"]})

redirect

接受一个URL参数，表示跳转到指定的URL。

例如：

def index(request):
    # 业务逻辑代码
    return redirect("/home/")

重定向是怎么回事？

启动Django报错：

Django 启动时报错 “UnicodeEncodeError ...”

报这个错误通常是因为计算机名为中文，改成英文的计算机名重启下电脑就可以了。

如何让我们的Web服务根据用户请求的URL不同而返回不同的内容呢