原标题：Python入门基础教程：WSGI

WSGI 简介

WSGI 是什么

WSGI 是 Python Web Server Gateway Interface 的缩写，是描述 Web 服务器与 Python 应用程序之间如何交互的接口规范。该规范具体描述在 PEP-3333。

这个规范相当于 Web 服务器和 Python 应用程序之间的桥梁。对于 Web 服务器，WSGI 描述了如何把用户的请求数据交给 Python 应用程序；对于 Python 应用程序，WSGI 描述了如何获得用户的请求数据，如何将请求的处理结果返回给 Web 服务器。

WSGI 应用程序

符合 WSGI 规范的 Python 应用程序必须是：

一个可调用对象(callable object，例如函数、类、实现了 __call__ 方法的实例)

接受两个由 WSGI Server 提供的参数：

environ 字典，包含 环境变量，请求数据，如 REQUEST_METHOD，PATH_INFO，QUERY_STRING 等

start_response 函数，开始响应请求的回调函数，用于发送响应状态(HTTP status) 和响应头(HTTP headers)

返回一个由 bytes 类型元素组成的可迭代对象(通常是一个字节序列)，即响应正文(Response body)

下面分别以函数、类、实现了 __call__ 方法的实例来演示符合 WSGI 规范的 Python 应用程序：

# 可调用对象是一个函数

def simple_app(environ, start_response):

# 响应状态(状态码和状态信息)

status = '200 OK'

# 响应体

response_body = b"Hello WSGI"

# 响应头，是一个列表，每对键值都必须是一个 tuple

response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),

('Content-Length', str(len(response_body)))]

# 回调 WSGI 服务器提供的 start_response，返回响应状态和响应头

start_response(status, response_headers)

# 返回响应体，由 bytes 类型元素组成的可迭代对象

return [response_body]

​

# 可调用对象是一个类

class AppClass:

"""可调用对象是 AppClass 类，调用方法：

for body in AppClass(env, start_response):

process_body(body)

"""

​

def __init__(self, environ, start_response):

self.environ = environ

self.start = start_response

​

def __iter__(self):

status = '200 OK'

response_body = b"Hello WSGI"

response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),

('Content-Length', str(len(response_body)))]

self.start(status, response_headers)

yield response_body

​

​

# 可调用对象是一个类实例

class AnotherAppClass:

"""可调用对象是 AnotherAppClass 类实例，调用方法：

app = AnotherAppClass()

for body in app(env, start_response):

process_body(body)

"""

​

def __init__(self):

pass

​

def __call__(self, environ, start_response):

status = '200 OK'

response_body = b"Hello WSGI"

response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),

('Content-Length', str(len(response_body)))]

start_response(status, response_headers)

yield response_body

WSGI 服务器

跟 WSGI 应用程序对应的 WSGI 服务器需要完成以下工作：

接收 HTTP 请求，返回 HTTP 响应

提供 environ 数据，实现回调函数 start_response

调用 WSGI application，并将 environ，start_response 作为参数传入

简化版 WSGI 服务器内部的实现流程：

import os, sys

​

def unicode_to_wsgi(u):

return u.decode('utf-8')

​

def wsgi_to_bytes(s):

return s.encode('utf-8')

​

# application 是 WSGI 应用程序，一个可调用对象

def run_with_cgi(application):

# 准备 environ 参数数据

# 内部包含本次 HTTP 请求的数据，如 REQUEST_METHOD, PATH_INFO, QUERY_STRING 等

environ = {k: unicode_to_wsgi(v) for k,v in os.environ.items()}

# WSGI 环境变量

environ['wsgi.input'] = sys.stdin.buffer

environ['wsgi.errors'] = sys.stderr

environ['wsgi.version'] = (1, 0)

environ['wsgi.multithread'] = False

environ['wsgi.multiprocess'] = True

environ['wsgi.run_once'] = True

​

if environ.get('HTTPS', 'off') in ('on', '1'):

environ['wsgi.url_scheme'] = 'https'

else:

environ['wsgi.url_scheme'] = 'http'

​

headers_set = []

headers_sent = []

​

def write(data):

out = sys.stdout.buffer

if not headers_set:

raise Asserti("write() before start_response()")

elif not headers_sent:

# 在第一次发送响应体之前，发送已经存在的响应头

status, response_headers = headers_sent[:] = headers_set

out.write(wsgi_to_bytes('Status: %s\r\n' % status))

for header in response_headers:

out.write(wsgi_to_bytes('%s: %s\r\n' % header))

out.write(wsgi_to_bytes('\r\n'))

​

out.write(data)

out.flush()

​

# start_response 回调函数，根据 WSGI 应用程序传递过来的 HTTP status 和 response_headers

# 设置响应状态和响应头

def start_response(status, response_headers, exc_info=None):

# 处理异常情况

if exc_info:

pass

​

headers_set[:] = [status, response_headers]

​

return write

​

# 调用 WSGI 应用程序，传入准备好的 environ(请求数据)和 start_response(开始响应回调函数)

result = application(environ, start_response)

# 处理响应体

try:

for data in result:

if data:

write(data)

finally:

if hasattr(result, 'close'):

result.close()

Middleware

Middleware(中间件) 处于 WSGI 服务器和 WSGI 应用程序之间。对于 WSGI 应用程序它相当于 WSGI 服务器，而对于 WSGI 服务器 它相当于 WSGI 应用程序。它很像 WSGI 应用程序，接收到请求之后，做一些针对请求的处理，同时它又能在接收到响应之后，做一些针对响应的处理。所以 Middleware 的特点是：

被 WSGI 服务器或其他 Middleware 调用，返回 WSGI 应用程序

调用 WSGI 应用程序，传入 environ 和 start_response

我们以白名单过滤和响应后续处理来演示 Middleware：

from wsgiref.simple_server import make_server

​

def app(environ, start_response):

# 响应状态(状态码和状态信息)

status = '200 OK'

# 响应体

response_body = b"Hello WSGI"

# 响应头，是一个列表，每对键值都必须是一个 tuple

response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),

('Content-Length', str(len(response_body)))]

# 回调 WSGI 服务器提供的 start_response，返回响应状态和响应头

start_response(status, response_headers)

# 返回响应体，由 bytes 类型元素组成的可迭代对象

return [response_body]

​

​

# 针对请求数据进行处理的中间件

class WhitelistMiddleware(object):

def __init__(self, app):

self.app = app

​

# 类实例被调用时，根据从请求中获得的 HTTP_HOST 实现白名单功能

def __call__(self, environ, start_response):

ip_addr = environ.get('HTTP_HOST').split(':')[0]

if ip_addr not in ('127.0.0.1'):

start_response('403 Forbidden', [('Content-Type', 'text/plain')])

​

return [b'Forbidden']

​

return self.app(environ, start_response)

​

​

# 针对响应数据进行处理的中间件

class UpperMiddleware(object):

def __init__(self, app):

self.app = app

​

# 类实例被调用时，将响应体的内容转换成大写格式

def __call__(self, environ, start_response):

for data in self.app(environ, start_response):

yield data.upper()

​

​

if __name__ == '__main__':

app = UpperMiddleware(WhitelistMiddleware(app))

with make_server('', 8000, app) as httpd:

print("Serving on port 8000...")

​

httpd.serve_forever()

上面例子是一份完整可运行的代码。函数 app 是 WSGI 应用程序，WhitelistMiddleware 和 UpperMiddleware 是 WSGI Middleware，WSGI 服务器使用的是 Python 内置的 wsgiref 模块(wsgiref 模块是 Python 3 提供的 WSGI 规范的参考实现，wsgiref 中的 WSGI 服务器可用于开发测试，不能使用在生产环境)。

在 WSGI 规范中给出了一些 Middleware 的使用场景，其中根据请求路径分发到不同应用程序的场景，正是一个 Web Framework 最基本的一项功能。下面我们来看一个通过 Middleware 实现的路由转发例子：

from wsgiref.simple_server import make_server

​

# 请求 path 分发中间件

class RouterMiddleware(object):

def __init__(self):

# 保存 path 与应用程序对应关系的字典

self.path_info = {}

def route(self, environ, start_response):

application = self.path_info[environ['PATH_INFO']]

return application(environ, start_response)

# 类实例被调用时，保存 path 和应用程序对应关系

def __call__(self, path):

def wrapper(application):

self.path_info[path] = application

return wrapper

​

router = RouterMiddleware()

​

​

@router('/hello') # 调用 RouterMiddleware 类实例，保存 path 和应用程序对应关系

def hello(environ, start_response):

status = '200 OK'

response_body = b"Hello"

response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),

('Content-Length', str(len(response_body)))]

start_response(status, response_headers)

​

return [response_body]

​

​

@router('/world')

def world(environ, start_response):

status = '200 OK'

response_body = b'World'

response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),

('Content-Length', str(len(response_body)))]

start_response(status, response_headers)

​

return [response_body]

​

​

@router('/')

def hello_world(environ, start_response):

status = '200 OK'

response_body = b'Hello World'

response_headers = [('Content-type', 'text/plain'),

('Content-Length', str(len(response_body)))]

start_response(status, response_headers)

​

return [response_body]

​

​

def app(environ, start_response):

return router.route(environ, start_response)

​

​

if __name__ == '__main__':

with make_server('', 8000, app) as httpd:

print("Serving on port 8000...")

​

httpd.serve_forever()

WSGI 接口规范描述的 WSGI 应用程序太过于底层，对于开发人员很不友好。人们通常会使用 Web Framework 来完成一个 Web 应用的开发工作，然后会把这个 Web 应用部署在为生产环境准备的 Web 服务器上。

常用的 Python Web Framework：

Django

一个功能完备的 Web 框架，拥有庞大的开发者社区和丰富的第三方库。

Flask

一款微型框架，构建更小应用、API 和 web 服务。是任何不适用 Django 的 Python web 应用的默认选择。

Tornado

一个异步 web 框架，原生支持 WebSocket。

Bottle

更小的 Web 框架，整个框架只有一个 Python 文件，是不错的源码学习案例。

常用的 WSGI Web Server:

Gunicorn

纯 Python 实现的 WSGI 服务器，拥有十分简单的配置和十分合理的默认配置，使用简单。

uWSGI

基于 uwsgi 协议的，功能十分强大的 Web 服务器，同时也支持 Python WSGI 协议。性能很好，但配置复杂。

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