什么是web框架?web框架工作原理解剖

我们常用的web前端框架 其实简单称呼叫web框架,现阶段web前端技术成熟,从视觉体验到用户体验都是比较好的,这也是从简单到复杂的web前端框架技术实现的,在国内前端技术开发人员也是非常的多,市面上的前端框架可以说是眼花缭乱,这里写这篇文章就是让你在使用不同的前端框架 的时候能够明确的知道自己的选择。


Web前端框架工作原理:

在我们讨论框架之前,我们需要理解Web如何“工作”的。为此,我们将深入挖掘你在浏览器里输入一个URL按下Enter之后都发生了什么。在你的浏览器中打开一个新的标签,浏览http://www.uileader.com。我们讨论为了显示这个页面,浏览器都做了什么事情(不关心DNS查询)。

Web服务器

每个页面都以HTML的形式传送到你的浏览器中,HTML是一种浏览器用来描述页面内容和结构的语言。那些负责发送HTML到浏览器的应用称之为“Web服务器”,会让你迷惑的是,这些应用运行的机器通常也叫做web服务器。

然而,最重要的是要理解,到最后所有的web应用要做的事情就是发送HTML到浏览器。不管应用的逻辑多么复杂,最终的结果总是将HTML发送到浏览器(我故意将应用可以响应像JSON或者CSS等不同类型的数据忽略掉,因为在概念上是相同的)。

HTTP

浏览器从web服务器(或者叫应用服务器)上使用HTTP协议下载网站,HTTP协议是基于一种 请求-响应(request-response)模型的。客户端(你的浏览器)从运行在物理机器上的web应用请求数据,web应用反过来对你的浏览器请求进行响应。

重要的一点是,要记住通信总是由客户端(你的浏览器)发起的,服务器(也就是web服务器)没有办法创建一个链接,发送没有经过请求的数据给你的浏览器。如果你从web服务器上接收到数据,一定是因为你的浏览器显示地发送了请求。

HTTP Methods

在HTTP协议中,每条报文都关联方法(method或者verb),不同的HTTP方法对应客户端可以发送的逻辑上不同类型的请求,反过来也代表了客户端的不同意图。例如,请求一个web页面的HTML,与提交一个表单在逻辑上是不同的,所以这两种行为就需要使用不同的方法。

HTTP GET

GET方法就像其听起来的那样,从web服务器上get(请求)数据。GET请求是到目前位置最常见的一种HTTP请求,在一次GET请求过程中,web应用对请求页面的HTML进行响应之外,就不需要做任何事情了。特别的,web应用在GET请求的结果中,不应该改变应用的状态(比如,不能基于GET请求创建一个新帐号)。正是因为这个原因,GET请求通常认为是“安全”的,因为他们不会导致应用的改变。

HTTP POST

显然,除了简单的查看页面之外,应该还有更多与网站进行交互的操作。我们也能够向应用发送数据,例如通过表单。为了达到这样的目的,就需要一种不同类型的请求方法:POST。POST请求通常携带由用户输入的数据,web应用收到之后会产生一些行为。通过在表单里输入你的信息登录一个网站,就是POST表单的数据给web应用的。

不同于GET请求,POST请求通常会导致应用状态的改变。在我们的例子中,当表单POST之后,一个新的账户被创建。不同于GET请求,POST请求不总是生成一个新的HTML页面发送到客户端,而是客户端使用响应的响应码(response code)来决定对应用的操作是否成功。

HTTTP Response Codes

通常来说,web服务器返回200的响应码,意思是,“我已经完成了你要求我做的事情,一切都正常”。响应码总是一个三位数字的代号,web应用在每个响应的同时都发送一个这样的代号,表明给定的请求的结果。响应码200字面意思是“OK”,是响应一个GET请求大多情况下都使用的代号。然而对于POST请求, 可能会有204(“No Content”)发送回来,意思是“一切都正常,但是我不准备向你显示任何东西”。

Web应用

你可以仅仅使用HTTP GET和POST做很多事情。一个应用程序负责去接收一个HTTP请求,同时给以HTTP响应,通常包含了请求页面的HTML。POST请求会引起web应用做出一些行为,可能是往数据库中添加一条记录这样的。还有很多其它的HTTP方法,但是我们目前只关注GET和POST。

那么最简单的web应用是什么样的呢?我们可以写一个应用,让它一直监听80端口(著名的HTTP端口,几乎所有HTTP都发送到这个端口上)。一旦它接收到等待的客户端发送的请求连接,然后它就会回复一些简单的HTML。

下面是程序的代码:

import socketHOST = ''PORT = 80listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)listen_socket.bind((HOST, PORT))listen_socket.listen(1)connection, address = listen_socket.accept()request = connection.recv(1024)connection.sendall(b"""HTTP/1.1 200 OKContent-type: text/html

(如果上面的代码不工作,试着将PORT改为类似8080这样的端口。)

这个代码接收简单的链接和简单的请求,不管请求的URL是什么,它都会响应HTTP 200(所以,这不是一个真正意义上的web服务器)。Content-type:text/html行代码的是header字段,header用来提供请求或者响应的元信息。这样,我们就告诉了客户端接下来的数据是HTML。

请求的剖析

如果看一下测试上面程序的HTTP请求,你会发现它和HTTP响应非常类似。第一行 ,在这个例子中是GET / HTTP/1.0。第一行之后就是一些类似Accept: */*这样的头(意思是我们希望在响应中接收任何内容)。

我们响应和请求有着类似的第一行,格式是 ,在外面的例子中是HTTP/1.1 200 OK。接下来是头部,与请求的头部有着相同的格式。最后是响应的实际包含的内容。注意,这会被解释为一个字符串或者二进制文件,Content-type头告诉客户端怎样去解释响应。

解决路由和模板两大问题

围绕建立web应用的所有问题中,两个问题尤其突出:

1.我们如何将请求的URL映射到处理它的代码上?

2.我们怎样动态地构造请求的HTML返回给客户端,HTML中带有计算得到的值或者从数据库中取出来的信息?

每个web框架都以某种方法来解决这些问题,也有很多不同的解决方案。用例子来说明更容易理解,所以我将针对这些问题讨论Django和Flask的解决方案。但是,首先我们还需要简单讨论一下MVC。

Django中的MVC

Django充分利用MVC设计模式。MVC,也就是Model-View-Controller(模型-视图-控制器),是一种将应用的不同功能从逻辑上划分开。models代表的是类似数据库表的资源(与Python中用class来对真实世界目标建模使用的方法大体相同)。controls包括应用的业务逻辑,对models进行操作。为了动态生成代表页面的HTML,需要views给出所有要动态生成页面的HTML的信息。

在Django中有点让人困惑的是,controllers被称做views,而views被称为templates。除了名字上的有点奇怪,Django很好地实现了MVC的体系架构。

Django中的路由

路由是处理请求URL到负责生成相关的HTML的代码之间映射的过程。在简单的情形下,所有的请求都是有相同的代码来处理(就像我们之前的例子那样)。变得稍微复杂一点,每个URL对应一个view function。举例来说,如果请求www.foo.com/bar这样的URL,调用handler_bar()这样的函数来产生响应。我们可以建立这样的映射表,枚举出我们应用支持的所有URL与它们相关的函数。

然而,当URL中包含有用的数据,例如资源的ID(像这样www.foo.com/users/3/) ,那么这种方法将变得非常臃肿。我们如何将URL映射到一个view函数,同时如何利用我们想显示ID为3的用户?

Django的答案是,将URL正则表达式映射到可以带参数的view函数。例如,我假设匹配^/users/(?P\d+)/$的URL调用display_user(id)这样的函数,这儿参数id是正则表达式中匹配的id。这种方法,任何/users//这样的URL都会映射到display_user函数。这些正则表达式可以非常复杂,包含关键字和参数。

Flask中的路由

Flask采取了一点不同的方法。将一个函数和请求的URL关联起来的标准方法是通过使用route()装饰器。下面是Flask代码,在功能上和上面正则表达式方法相同:

@app.route('/users//')

def display_user(id):

# ...

就像你看到的这样,装饰器使用几乎最简单的正则表达式的形式来将URL映射到参数。通过传递给route()的URL中包含的指令,可以提取到参数。路由像/info/about_us.html这样的静态URL,可以像你预想的这样@app.route('/info/about_us.html')处理。

通过Templates产生HTML

继续上面的例子,一旦我们有合适的代码映射到正确的URL,我们如何动态生成HTML?对于Django和Flask,答案都是通过HTML Templating。

HTML Templating和使用str.format()类似:需要动态输出值的地方使用占位符填充,这些占位符后来通过str.format()函数用参数替换掉。想象一下,整个web页面就是一个字符串,用括号标明动态数据的位置,最后再调用str.format()。Django模板和Flask使用的模板引擎Jinja2都使用的是这种方法。

然而,不是所有的模板引擎都能相同的功能。Django支持在模板里基本的编程,而Jinja2只能让你执行特定的代码(不是真正意义上的代码,但也差不多)。Jinja2可以缓存渲染之后的模板,让接下来具有相同参数的请求可以直接从缓存中返回结果,而不是用再次花大力气渲染。

数据库交互

Django有着“功能齐全”的设计哲学,其中包含了一个ORM(Object Realational Mapper,对象关系映射),ORM的目的有两方面:一是将Python的class与数据库表建立映射,而是剥离出不同数据库引擎直接的差异。没人喜欢ORM,因为在不同的域之间映射永远不完美,然而这还在承受范围之内。Django是功能齐全的,而Flask是一个微框架,不包括ORM,尽管它对SQLAlchemy兼容性非常好,SQLAlchemy是Django ORM的最大也是唯一的竞争对手。

内嵌ORM让Django有能力创建一个功能丰富的CRUD应用,从服务器端角度来看,CRUD(CreateRead Update Delete)应用非常适合使用web框架技术。Django和Flask-SQLchemy可以直接对每个model进行不同的CRUD操作。

总结:

到现在为止,web前端框架的目的应该非常清晰了:向程序员隐藏了处理HTTP请求和响应相关的基础代码。至于隐藏多少这取决于不同的框架,Django和Flask走向了两个极端:Django包括了每种情形,几乎成了它致命的一点;Flask立足于“微框架”,仅仅实现web应用需要的最小功能,其它的不常用的web框架任务交由第三方库来完成。

但是最后要记住的是,Python web框架都以相同的方式工作的:它们接收HTTP请求,分派代码,产生HTML,创建带有内容的HTTP响应。事实上,所有主流的服务器端框架都以这种方式工作的(JavaScript框架除外)。但愿了解了这些框架的目的,你能够在不同的框架之间选择适合你应用的框架进行开发。

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