WSGI——python web 服务器网关接口

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一：服务器、服务器软件、应用程序(后台)

我们常说“服务器”，实际上服务器是一个很宽泛的概念。

服务器包括服务器硬件、服务器程序、以及部署在服务器上的应用程序。

服务器硬件：也称伺服器，是提供计算服务的硬件设备，包括处理器、硬盘、内存、系统总线等。

服务器软件：光有服务器硬件是无法提供服务的，至少需要有运行于服务器之上的操作系统、数据库软件、以及提供部署功能的web容器等程序。这些软件与服务器硬件一起，共同组成了我们概念中的“服务器”。

应用程序(后台程序)：应用程序是运行在服务器上，处理请求并返回响应的程序，我们日常所说的“web开发”、“后台开发”做的就是web应用程序的开发工作。一般，web应用程序需要部署于web容器中，并且与数据库产生数据交互。三者关系大概为：web容器负责实现一些通信协议，并且监听服务器硬件的网关、端口，接收请求，并转发给web应用程序；web应用程序接收请求，提取请求相关信息与参数，调用中间件或者自身实现的业务逻辑(此过程或许会与数据库产生数据交互)，并将处理结果以http响应的形式返回给web容器；web容器再将接收到的响应返回给浏览器进行显示。

在上面的过程中，提及到了 web容器 与 应用程序 之间的请求转发和响应通信，那么问题来了：web容器有 Apahce、Nginx、Gunicorn等多种选择，而应用程序也可能选用Flask、Django等等各种框架进行开发，难道我们需要针对不同的容器或开发框架，都自己去实现一遍它们的通信逻辑吗？当然不是。为了建立起web容器与应用程序之间的通信规范，于是有了我们所说的——WSGI，Web Server Gateway Interface，Python Web 服务器网关接口。

二：WSGI简介

PythonWeb服务器网关接口（Python Web Server Gateway Interface，缩写为WSGI)是一个协议，是 Python应用程序或框架与 Web容器 之间的一种接口规范。

只要双方都按照这个规范，分别去实现自己需要做的事，那么二者就可以顺利地进行通信。

WSGI协议主要包括server和application两部分。

三：WSGI server接口

WSGI server接口 负责从客户端接收请求，将request转发给application，并将application返回的response返回给客户端。

我们常用的web容器，如Apahce、Nginx、Gunicorn等都实现了这个接口。

接口实现方式：

def run(application):     #服务器程序调用应用程序实例
    environ = {}     #设定参数

    def start_response(xxx):     #设定参数
        pass
    result = application(environ, start_response)          #调用应用程序实例的__call__函数
    def write(data):
               pass
    def data in result:          #迭代访问
        write(data)


 服务器程序主要做了以下的事：
      1. 设定应用程序所需要的参数
      2. 调用应用程序
      3. 迭代访问应用程序的返回结果，并传给客户端

四：WSGI application接口

WSGI application接口 接收由server转发过来的request，处理请求，并将处理结果返回给server。

接口的实现方式：

应用程序必须是一个可调用的对象
可调用的对象有三种：
1. 一个函数
2. 一个类，必须实现__call__()方法
3. 一个类的实例
这个对象接收两个参数
从源码中，我们可以看到，这两个参数是environ, start_response. 以可调用对象为一个类为例：
```
class application:
    def __call__(self, environ, start_response):
        pass
```

可调用对象需要返回一个可迭代的值。以可调用对象为一个类为例：

class application:
    def __call__(self, environ, start_response):
        return [xxx]

五：Middleware 中间件

middleware是介于服务器程序和应用程序中间的部分，middleware对于服务器程序(web容器)和应用程序来说都是透明的：对服务器程序来说，中间件扮演应用程序，对应用程序来说，中间件扮演服务器程序。

因此，中间件程序需要同时实现wsgi server与wsgi application接口，可以在WSGI服务器与WSGI应用之间起调节作用。
中间件是一个很强大的领域，相信很多同学都听说或正在担任中间件的开发工作。

我们知道，应用程序主要是做业务逻辑实现的，那么，在请求到达应用程序之前，我们可以用来做些什么呢？一个很简单的场景，就是做请求的预处理或者基本信息提取。

上面提到，WSGI Server调用WSGI Application时，需要两个参数:environ和start_response，其中，environ是一个字典，它来自CGI，详情请看文档：The Common Gateway Interface Specification

文中“Environment variables”，列举了environ字典中包含的信息，主要有：

  AUTH_TYPE
  CONTENT_LENGTH        #HTTP请求中Content-Length的部分
  CONTENT_TYPE          #HTTP请求中Content-Tpye的部分
  GATEWAY_INTERFACE
  PATH_INFO             #URL路径除了起始部分后的剩余部分,用于找到相应的应用程序对象,如果请求的路径就是根路径,这个值为空字符串
  PATH_TRANSLATED
  QUERY_STRING          #URL路径中？后面的部分
  REMOTE_ADDR
  REMOTE_HOST
  REMOTE_IDENT
  REMOTE_USER
  REQUEST_METHOD        #HTTP 请求方法，例如 "GET", "POST"
  SCRIPT_NAME           #URL路径的起始部分对应的应用程序对象,如果应用程序对象对应服务器的根,那么这个值可以为空字符串
  SERVER_NAME
  SERVER_PORT
  SERVER_PROTOCOL       #客户端请求的协议(HTTP/1.1 HTTP/1.0)
  SERVER_SOFTWARE

以及客户端发起HTTP时所携带过来的一些关于客户端的信息：

HTTP_HOST = 客户端host
HTTP_ACCEPT = 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8'
HTTP_ACCEPT_ENCODING = 'gzip,deflate,sdch'
HTTP_ACCEPT_LANGUAGE = 'en-US,en;q=0.8,zh;q=0.6,zh-CN;q=0.4,zh-TW;q=0.2'
HTTP_CONNECTION = 'keep-alive'
HTTP_USER_AGENT = 客户端代理信息(浏览器、内核版本等)

六：总结

WSGI协议其实是定义了一种server与application解耦的规范，即可以有多个实现WSGI server的服务器，也可以有多个实现WSGI application的框架，那么就可以选择任意的server和application组合实现自己的web应用。例如uWSGI和Gunicorn都是实现了WSGI server协议的服务器，Django，Flask是实现了WSGI application协议的web框架，可以根据项目实际情况搭配使用。

七：扩展：uwsgi

uwsgi：与WSGI一样是一种通信协议，是uWSGI服务器的独占协议，用于定义传输信息的类型(type of information)，每一个uwsgi packet前4byte为传输信息类型的描述，与WSGI协议是两种东西，据说该协议是fcgi协议的10倍快。

八：扩展：uWSGI

uWSGI旨在为部署分布式集群的网络应用开发一套完整的解决方案。主要面向web及其标准服务。由于其可扩展性，能够被无限制的扩展用来支持更多平台和语言。uWSGI是一个web服务器，实现了WSGI协议，uwsgi协议，http协议等。
uWSGI的主要特点是：

超快的性能
低内存占用
多app管理
详尽的日志功能（可以用来分析app的性能和瓶颈）
高度可定制（内存大小限制，服务一定次数后重启等）

uWSGI服务器自己实现了基于uwsgi协议的server部分，我们只需要在uwsgi的配置文件中指定application的地址，uWSGI就能直接和应用框架中的WSGI application通信。