如何编写Python Web框架（一）

如何编写Python Web框架（一）

译文:

原文链接: How to write a Python web framework. Part I.

作者: Jahongir Rahmonov

“不要重新发明轮子”是我们每天听到的最常见的咒语之一。但是如果我想了解更多有关车轮的信息怎么办？如果我想学习如何制作这个该死的车轮怎么办？我认为为了学习而重新发明它是一个好主意。因此，在这些系列中，我们将编写自己的Python Web框架，以了解在Flask，Django和其他框架中如何完成所有这些魔术。

在本系列的第一部分中，我们将构建框架中最重要的部分。最后，我们将有请求处理程序(request handlers)（类似Django 视图 views）和路由(routing)：既有简单（如/books/）请求也有参数化（如/greet/{name}）请求。

在我开始做新事物之前，我想考虑最终结果。在这种情况下，在一天结束时，我们希望能够在生产中使用此框架，因此我们希望我们的框架由快速，轻量级的生产级应用程序服务器提供服务。在过去的几年里，我一直在我的所有项目中使用gunicorn，我对结果非常满意。那么，让我们一起来用gunicorn吧。

Gunicorn是一个WSGI HTTP服务器，因此它需要应用程序的特定入口点。如果你不知道什么WSGI是什么, 可以阅读这篇文章，我会等待。否则，你无法理解这篇博文的大部分内容。

您是否了解了WSGI是什么？如果了解了。那我们就继续吧。

要与WSGI兼容，我们需要一个可调用的对象（函数或类），它需要两个参数（environ和start_response）并返回一个WSGI兼容的响应。那么，让我们开始写代码。

:notebook: 译者注:

编程环境: Linux或MacOS (windows系统不适用该教程)

想一个框架的名称并创建具有该名称的文件夹。我把它命名为bumbo：

mkdir bumbo

进入此文件夹，创建一个虚拟环境并激活它：

cd bumbo
python3.6 -m venv venv
source venv/bin/activate

现在，创建一个名为app.py 的文件，我们将在这个文件里存储我们的gunicorn入口点：

touch app.py

在这个app.py内部，让我们编写一个简单的函数来查看它是否可以和gunicorn一起工作：

# app.py

def app(environ, start_response):
    response_body = b"Hello, World!"
    status = "200 OK"
    start_response(status, headers=[])
    return iter([response_body])

如上所述，这个可调用的入口点接收两个参数。其中之一environ是存储有关请求的各种信息，例如请求方法，URL，查询参数等。第二个start_response顾名思义是开始响应的。现在，让我们尝试用gunicorn运行此代码。对于gunicorn安装和运行如下：

pip install gunicorn
gunicorn app:app

第一个app是我们创建的文件，第二个app是我们刚刚编写的函数的名称。如果一切都很好，您将在输出中看到如下内容：

[2019-02-09 17:58:56 +0500] [30962] [INFO] Starting gunicorn 19.9.0
[2019-02-09 17:58:56 +0500] [30962] [INFO] Listening at: http://127.0.0.1:8000 (30962)
[2019-02-09 17:58:56 +0500] [30962] [INFO] Using worker: sync
[2019-02-09 17:58:56 +0500] [30966] [INFO] Booting worker with pid: 30966

如果您看到此内容，请打开浏览器并转到http://localhost:8000。你应该看到我们的老朋友：Hello, World!信息。真棒！

现在，让我们将这个函数变成一个类，因为我们需要很多辅助方法，并且它们更容易在类中编写。创建一个api.py文件：

touch api.py

在此文件中，创建以下API类。我会解释一下它的作用：

# api.py

class API:
    def __call__(self, environ, start_response):
        response_body = b"Hello, World!"
        status = "200 OK"
        start_response(status, headers=[])
        return iter([response_body])

现在，删除app.py里面的所有内容并编写以下内容：

# app.py
from api import API

app = API()

重新启动gunicorn并在浏览器中检查结果。它应该和以前一样，因为我们只是简单地将我们的app函数改为一个被调用的类API并在调用此类实例时覆盖它的__call__方法：

app = API()
app()   #  this is where __call__ is called

现在我们创建了我们的类，我希望使代码更加优雅，因为所有这些字节（b"Hello World"）和start_response似乎让我感到困惑。值得庆幸的是，有一个名为WebOb的酷包，它通过包装WSGI请求环境和响应状态，标题和正文来为HTTP请求和响应提供对象。通过使用这个包，我们可以通过此包中提供的类传递environ和start_response，而不必自己处理。在我们继续之前，我建议你看一下WebOb的文档来理解我在说什么以及WebOb更多的API 。

以下是我们将如何重构此代码。首先，安装WebOb：

pip install webob

在api.py文件开头导入Request和Response类：

# api.py
from webob import Request, Response

...

现在我们可以在__call__方法中使用它们：

# api.py
from webob import Request, Response

class API:
    def __call__(self, environ, start_response):
        request = Request(environ)

        response = Response()
        response.text = "Hello, World!"

        return response(environ, start_response)

看起来好多了！重新启动gunicorn，您应该看到与以前相同的结果。最好的部分是我不必解释这里正在做什么。这一切都是不言自明的。我们正在创建一个请求，一个响应，然后返回该响应。真棒！我必须注意到request这里还没有使用，因为我们没有对它做任何事情。所以，让我们利用这个机会来使用请求对象。另外，让我们将response创建重构为它自己的方法。我们稍后会看到为什么这么做会更好：

# api.py
from webob import Request, Response

class API:
    def __call__(self, environ, start_response):
        request = Request(environ)

        response = self.handle_request(request)

        return response(environ, start_response)

    def handle_request(self, request):
        user_agent = request.environ.get("HTTP_USER_AGENT", "No User Agent Found")

        response = Response()
        response.text = f"Hello, my friend with this user agent: {user_agent}"

        return response

重启你的gunicorn，你应该在浏览器中看到这条新消息。你看见了吗？酷。我们继续。

此时，我们以相同的方式处理所有请求。无论我们收到什么请求，我们只返回在handle_request方法中创建的相同响应。最终，我们希望它是动态的。也就是说，我们希望提供的来自/home/的请求不同于来自/about/的。

为此，在app.py内部，让我们创建两个处理这两个请求的方法：

# app.py
from api.py import API

app = API()


def home(request, response):
    response.text = "Hello from the HOME page"


def about(request, response):
    response.text = "Hello from the ABOUT page"

现在，我们需要以某种方式将这两种方法与上述路径联系起来：/home/和/about/。我喜欢Flask的做法，看起来像这样：

# app.py
from api.py import API

app = API()


@app.route("/home")
def home(request, response):
    response.text = "Hello from the HOME page"


@app.route("/about")
def about(request, response):
    response.text = "Hello from the ABOUT page"

你觉得怎么样？看起来不错？然后让我们实现这个bad boy吧！

如您所见，该route方法是一个装饰器，接受一个路径并包装方法。实施起来应该不会太难：

# api.py

class API:
    def __init__(self):
        self.routes = {}

    def route(self, path):
        def wrapper(handler):
            self.routes[path] = handler
            return handler

        return wrapper

    ...

这是我们在这里所做的。在该__init__方法中，在被调用的self.routes的地方我们简单地定义了一个dict，我们将路径存储为键, 处理程序handlers作为值。它看起来像这样：

print(self.routes)

{
    "/home": <function home at 0x1100a70c8>,
    "/about": <function about at 0x1101a80c3>
}

在该route方法中，我们将路径作为参数，并且在装饰器方法中，只需将self.routes路径作为键放在字典中，将处理程序作为值。

在这一点上，我们有所有的拼图。我们有处理程序和与之关联的路径。现在，当一个请求进来时，我们需要检查它的path，找到一个合适的处理程序，调用该处理程序并返回一个适当的响应。我们这样做：

# api.py
from webob import Request, Response

class API:
    ...

    def handle_request(self, request):
        response = Response()

        for path, handler in self.routes.items():
            if path == request.path:
                handler(request, response)
                return response

    ...

不是太难了，是吗？我们简单地迭代self.routes，将路径与请求的路径进行比较，如果存在匹配，则调用与该路径关联的处理程序。

重新启动gunicorn并在浏览器中尝试这些路径。首先，访问http://localhost:8000/home/，然后去http://localhost:8000/about/。您应该看到相应的消息。很酷，对吗？

下一步，我们可以回答“如果找不到路径会怎么样？”的问题。让我们创建一个返回“Not found.”的简单HTTP响应的方法。状态代码为404：

# api.py
from webob import Request, Response

class API:
    ...

    def default_response(self, response):
        response.status_code = 404
        response.text = "Not found."

    ...

现在，让我们在我们的handle_request方法中使用它：

# api.py
from webob import Request, Response

class API:
    ...

    def handle_request(self, request):
        response = Response()

        for path, handler in self.routes.items():
            if path == request.path:
                handler(request, response)
                return response

        self.default_response(response)
        return response

    ...

重新启动gunicorn并尝试一些不存在的路由。你应该看到这个可爱的“Not found.” 页。现在，为了便于阅读，让我们重构一下找到自己方法的处理程序：

# api.py
from webob import Request, Response

class API:
    ...

    def find_handler(self, request_path):
        for path, handler in self.routes.items():
            if path == request_path:
                return handler

    ...

就像之前一样，它只是迭代self.route，将路径与请求路径进行比较，如果路径相同则返回对应处理程序。如果没有找到处理程序，则返回None。现在，我们可以在我们的handle_request方法中使用它：

# api.py
from webob import Request, Response

class API:
    ...

    def handle_request(self, request):
        response = Response()

        handler = self.find_handler(request_path=request.path)

        if handler is not None:
            handler(request, response)
        else:
            self.default_response(response)

        return response

    ...

我认为它看起来好多了，并且非常容易解释。重启gunicorn，看看一切都像以前一样有效。

此时，我们有路由和处理程序。它非常棒，但我们的路径很简单。它们不支持url路径中的关键字参数。如果我们想拥有@app.route("/hello/{person_name}")这条路径并且能够在我们的处理程序中使用person_name这样的内容：

def say_hello(request, response, person_name):
    response.text = f"Hello, {person_name}"

为此，如果有人访问/hello/Matthew/，我们需要能够将/hello/{person_name}/路径与已注册的路径匹配并找到适当的处理程序。值得庆幸的是，已经有一个名为parse的包正确地为我们做了。让我们继续安装它：

pip install parse

让我们试一下:

>>> from parse import parse
>>> result = parse("Hello, {name}", "Hello, Matthew")
>>> print(result.named)
{'name': 'Matthew'}

如您所见，它解析了字符串Hello, Matthew，并能够识别出Matthew是与我们提供的字符串{name}相对应的字符串。

让我们在我们的find_handler方法中使用它，不仅可以找到与路径对应的方法，还可以找到提供的关键字参数：

# api.py
from webob import Request, Response
from parse import parse

class API:
    ...

    def find_handler(self, request_path):
        for path, handler in self.routes.items():
            parse_result = parse(path, request_path)
            if parse_result is not None:
                return handler, parse_result.named

        return None, None

    ...

我们仍在迭代self.routes，现在不是比较请求路径的路径，而是尝试解析它，如果有结果，我们将处理程序和关键字参数作为字典返回。现在，我们可以在handle_request内部使用这个将这些参数传递给处理程序，如下所示：

# api.py
from webob import Request, Response
from parse import parse

class API:
    ...

    def handle_request(self, request):
        response = Response()

        handler, kwargs = self.find_handler(request_path=request.path)

        if handler is not None:
            handler(request, response, **kwargs)
        else:
            self.default_response(response)

        return response

    ...

唯一的变化是，我们得到了两个handler和kwargs从self.find_handler，并传递一个kwargs像这样的处理**kwargs。

让我们用这种类型的路径编写一个处理程序并试一试：

# app.py
...

@app.route("/hello/{name}")
def greeting(request, response, name):
    response.text = f"Hello, {name}"

...

重启你的gunicorn访问http://localhost:8000/hello/Matthew/。你应该有这个美妙的信息: Hello, Matthew。太棒了吧？再添加几个这样的处理程序。您还可以指出给定参数的类型。例如，您可以将处理程序内的@app.route("/tell/{age:d}")参数age作为数字。

结论

这是一个漫长的旅程，但我认为这很棒。我写这篇文章时亲自学到了很多东西。如果你喜欢这篇博文，请在评论中告诉我们我们应该在框架中实现的其他功能。我在考虑基于类的处理程序，支持模板和静态文件。

Fight on!

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