【翻译】一步步开发一个Web服务器.Part 2.

本文主要是介绍【翻译】一步步开发一个Web服务器.Part 2.，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

原文地址：Let’s Build A Web Server. Part 2.
译文地址：【翻译】一步步开发一个Web服务器.Part 2.
原文代码基于python2.x

本系列其他文章：
【翻译】一步步开发一个Web服务器.Part 1.
【翻译】一步步开发一个Web服务器.Part 2.
【翻译】一步步开发一个Web服务器.Part 3.

记得，我在Part 1 中留了个作业题：不改变服务器代码的情况下，怎样在你刚完成的服务器上运行一个Django、Flask、Pyramid应用，适应不同的web框架？阅读完这篇文章你就能得到答案。

在过去，你选择一个python web框架往往受限于可用的web服务器的选择，反之亦然。如果你选择的框架和你的服务器恰好能在一起工作，这时候你就乐了：
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你或许要面对（或者已经遇到了）这样一个问题：当你想要把一个框架和一个服务器结合在一起时，你发现它们并不能很好的结合在一起。

从根本上来讲，你不得不用那些能一起工作的却不是你想用的框架和服务器。

所以，在不改变web服务器和web框架的情况下，你要怎样才能确保你的web服务器能够适应不同的web框架？答案就是Python 服务器网关接口（Web Server Gateway Interface，缩写为WSGI，读作wizgy）
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WSGI 允许开发者在web框架和web服务器上做出不同选择。你可以根据你的需要搭配不同的web框架和web服务器了。可以使用Django、Flask或者Pyramid，举个栗子，Gunicorn或者Nginx/uWSGI又或者Waitress。它做到了真正的混合和搭配，同时支持服务器和框架，WSGI谢天谢地你来了。
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所以，WSGI就是我一遍又一遍问你的那个问题的答案。你的web服务器必须实现一个WSGI的服务器接口，当下的Python Web框架都已经实现了WSGI的框架接口。如此一来，不用修改任何代码，你的web服务器可以使用接口适用于一个特定的web框架。

现在你已经知道了WSGI同时支持服务器和框架来满足你不同选择的需求，这也使得服务器和框架的开发者们收益，它们能专注于他们擅长的领域而不必涉足对方的领域。其他语言也有类似的接口，又举个栗子：Java有Servlet API、Ruby有Rack。

这些都挺不错的（你心里或许正嘀咕：别逼逼了，上代码！）。OK，这下面是一个最简单的WSGI服务器的实现：

# Tested with Python 2.7.9, Linux & Mac OS X
import socket
import StringIO
import sysclass WSGIServer(object):address_family = socket.AF_INETsocket_type = socket.SOCK_STREAMrequest_queue_size = 1def __init__(self, server_address):# Create a listening socketself.listen_socket = listen_socket = socket.socket(self.address_family,self.socket_type)# Allow to reuse the same addresslisten_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)# Bindlisten_socket.bind(server_address)# Activatelisten_socket.listen(self.request_queue_size)# Get server host name and porthost, port = self.listen_socket.getsockname()[:2]self.server_name = socket.getfqdn(host)self.server_port = port# Return headers set by Web framework/Web applicationself.headers_set = []def set_app(self, application):self.application = applicationdef serve_forever(self):listen_socket = self.listen_socketwhile True:# New client connectionself.client_connection, client_address = listen_socket.accept()# Handle one request and close the client connection. Then# loop over to wait for another client connectionself.handle_one_request()def handle_one_request(self):self.request_data = request_data = self.client_connection.recv(1024)# Print formatted request data a la 'curl -v'print(''.join('< {line}\n'.format(line=line)for line in request_data.splitlines()))self.parse_request(request_data)# Construct environment dictionary using request dataenv = self.get_environ()# It's time to call our application callable and get# back a result that will become HTTP response bodyresult = self.application(env, self.start_response)# Construct a response and send it back to the clientself.finish_response(result)def parse_request(self, text):request_line = text.splitlines()[0]request_line = request_line.rstrip('\r\n')# Break down the request line into components(self.request_method,  # GETself.path,            # /helloself.request_version  # HTTP/1.1) = request_line.split()def get_environ(self):env = {}# The following code snippet does not follow PEP8 conventions# but it's formatted the way it is for demonstration purposes# to emphasize the required variables and their values## Required WSGI variablesenv['wsgi.version']      = (1, 0)env['wsgi.url_scheme']   = 'http'env['wsgi.input']        = StringIO.StringIO(self.request_data)env['wsgi.errors']       = sys.stderrenv['wsgi.multithread']  = Falseenv['wsgi.multiprocess'] = Falseenv['wsgi.run_once']     = False# Required CGI variablesenv['REQUEST_METHOD']    = self.request_method    # GETenv['PATH_INFO']         = self.path              # /helloenv['SERVER_NAME']       = self.server_name       # localhostenv['SERVER_PORT']       = str(self.server_port)  # 8888return envdef start_response(self, status, response_headers, exc_info=None):# Add necessary server headersserver_headers = [('Date', 'Tue, 31 Mar 2015 12:54:48 GMT'),('Server', 'WSGIServer 0.2'),]self.headers_set = [status, response_headers + server_headers]# To adhere to WSGI specification the start_response must return# a 'write' callable. We simplicity's sake we'll ignore that detail# for now.# return self.finish_responsedef finish_response(self, result):try:status, response_headers = self.headers_setresponse = 'HTTP/1.1 {status}\r\n'.format(status=status)for header in response_headers:response += '{0}: {1}\r\n'.format(*header)response += '\r\n'for data in result:response += data# Print formatted response data a la 'curl -v'print(''.join('> {line}\n'.format(line=line)for line in response.splitlines()))self.client_connection.sendall(response)finally:self.client_connection.close()SERVER_ADDRESS = (HOST, PORT) = '', 8888def make_server(server_address, application):server = WSGIServer(server_address)server.set_app(application)return serverif __name__ == '__main__':if len(sys.argv) < 2:sys.exit('Provide a WSGI application object as module:callable')app_path = sys.argv[1]module, application = app_path.split(':')module = __import__(module)application = getattr(module, application)httpd = make_server(SERVER_ADDRESS, application)print('WSGIServer: Serving HTTP on port {port} ...\n'.format(port=PORT))httpd.serve_forever()

你肯定在想，什么鬼？说好的简单实现呢？（译者：我也在想什么鬼！这么多！）但是它足够小到能让你理解却不会陷入到细节上。上面最简单的服务器也能做到很多，他可以运行最基本的Pyramid、Flask、Django或者其他的PythonWSGI框架。

还别不信，咱们来试试。看见上面的代码了吗？直接拷下来或者从Github上down下来，保存为webserver2.py文件。如果不加参数直接运行会报错并退出。

$ python webserver2.py
Provide a WSGI application object as module:callable

它真想为你的web应用服务，却无从下手。想让这个服务器运行起来只需要安装python就行了，但是想要运行Pyramid、Flask、Django的应用，还得先安装这些框架。我推荐的方法是使用虚拟环境（virtualenv）。你只要跟着下面的步骤一步步来就OK，首先安装虚拟环境，然后安装这三个框架。（译者认为可以不用虚拟环境，直接安装三个框架）

$ [sudo] pip install virtualenv
$ mkdir ~/envs
$ virtualenv ~/envs/lsbaws/
$ cd ~/envs/lsbaws/
$ ls
bin  include  lib
$ source bin/activate
(lsbaws) $ pip install pyramid
(lsbaws) $ pip install flask
(lsbaws) $ pip install django

这时候要创建一个web应用。这里以Pyramid为例。同样的，保存下面的代码或者从Github直接down下来，命名为pyramidapp.py。跟你的webserver2.py保存到同一目录下：

from pyramid.config import Configurator
from pyramid.response import Responsedef hello_world(request):return Response('Hello world from Pyramid!\n',content_type='text/plain',)config = Configurator()
config.add_route('hello', '/hello')
config.add_view(hello_world, route_name='hello')
app = config.make_wsgi_app()

现在你可以写一个Pyramid程序并且用你刚才的web服务器运行了。

(lsbaws) $ python webserver2.py pyramidapp:app
WSGIServer: Serving HTTP on port 8888 ...

你只是告诉你的服务器从python的pyramidapp模块中加载这个‘app’。你的服务器已经准备好接收请求并且转发给你的Pyramid程序。现在你的web应用只处理/hello这一个路由路径。在你的浏览器中输入http://localhost:8888/hello 按下回车，你会发现，神奇的操作又一次发生了。
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同样你也可以使用curl命令在命令行中测试你的服务器。

$ curl -v http://localhost:8888/hello
...

查看一下使用curl命令，你的服务器输出了什么。

现在我们使用Flask创建一个同样web应用。创建、启动、运行、测试都与上面相同。

from flask import Flask
from flask import Response
flask_app = Flask('flaskapp')@flask_app.route('/hello')
def hello_world():return Response('Hello world from Flask!\n',mimetype='text/plain')app = flask_app.wsgi_app

保存上面的代码或者直接从Github上下载，保存为flaskapp.py 也是放在同一文件夹。在命令行中输入：

(lsbaws) $ python webserver2.py flaskapp:app
WSGIServer: Serving HTTP on port 8888 ...

再次在浏览器中输入 http://localhost:8888/hello 回车，神奇的操作又来了！（大家别嫌烦，后面Django还要来一遍…）
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同样使用curl命令在命令行中测试web服务器，Flask应用回产生。。。

$ curl -v http://localhost:8888/hello
...

这个服务器能处理Django应用吗？（真的又要来一遍。。。）来试试！但是这次有点儿复杂，我建议从Github直接把整个项目down下来，只使用djangoapp.py这部分。这是工程的源代码，只需要将‘helloworld’这个Django工程添加到当前路径，并且将工程的WSGI应用导入。

import sys
sys.path.insert(0, './helloworld')
from helloworld import wsgiapp = wsgi.application

保存上面的代码，命名为djangoapp.py然后用你的web服务器运行这个程序。

(lsbaws) $ python webserver2.py djangoapp:app
WSGIServer: Serving HTTP on port 8888 ...

然后再浏览器中输入http://localhost:8888/hello
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前面你已经做过两次了，这次你也可以在命令行中测试，以进一步确认你的Django程序能正确处理的请求：

$ curl -v http://localhost:8888/hello
...

你确定你试过了吗？你确定你的服务器支持这几种框架吗？如果没有，请认真做一遍。读过文章和代码固然重要，但这一系列文章是动手开发自己的web服务器，这意味着你必须自己亲自动手写一遍。撸起袖子加油干~你必须自己亲自动手把代码敲一遍以确保能按照预期运行。

相信你已经见识到WSGI的强大了。它能让你随意搭配服务器和web框架。WSGI在Python Web服务器和Python Web框架之间提供了一个极简的接口。不管是对于框架还是服务器，WSGI都非常容易实现。下面的代码片段展示了服务器和框架接口的代码实现。

def run_application(application):"""Server code."""# This is where an application/framework stores# an HTTP status and HTTP response headers for the server# to transmit to the clientheaders_set = []# Environment dictionary with WSGI/CGI variablesenviron = {}def start_response(status, response_headers, exc_info=None):headers_set[:] = [status, response_headers]# Server invokes the ‘application' callable and gets back the# response bodyresult = application(environ, start_response)# Server builds an HTTP response and transmits it to the client…def app(environ, start_response):"""A barebones WSGI app."""start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/plain')])return ['Hello world!']run_application(app)

接下来讲讲它的工作原理：

框架提供一个可供调用的‘application’对象。（WSGI规范里并没有规定这个application要怎么实现）

2.对于每个来自HTTP客户端的请求，服务器都会调用这个可调用的‘application’对象。服务器会向可调用对象‘application’传递一个名为‘environ’字典类型的参数，字典里包含WSGI/SGI的一些变量和一个‘start_response’可调用对象。

3.框架/应用程序会产生一个HTPP状态和HTTP响应报头，传递给可调用对象‘start_response’以供服务器储存。框架/应用程序也会返回一个响应的主体。

4.服务器将状态码、响应头部、响应主体组合成HTTP响应，将它传递给客户端（这一部没有在规范里写出来，但为了下一步的逻辑能清晰点儿，我才把它加上）。

下面是接口的一个可视化表示：
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目前为止，你已经见识了Pyramid、Flask、Django的Web应用，服务器的WSGI接口实现，没用任何框架的WSGI应用的代码片段。

还有一件事，当你使用任何一种框架写一个web应用时，你的思想在一个更高的逻辑，不会与WSGI接口直接接触，我知道你会好奇框架的WSGI接口是什么样的，因为你在读这篇文章啊。所以我早就准备好了一个不用各种框架就能在服务器上运行的WSGI Web应用/Web框架。

def app(environ, start_response):"""A barebones WSGI application.This is a starting point for your own Web framework :)"""status = '200 OK'response_headers = [('Content-Type', 'text/plain')]start_response(status, response_headers)return ['Hello world from a simple WSGI application!\n']

保存上面的代码或者直接从Github上down下来，保存为wsgiapp.py文件，与你的服务器保存在同一路径。这样就可以运行了：

(lsbaws) $ python webserver2.py wsgiapp:app
WSGIServer: Serving HTTP on port 8888 ...

在浏览器地址栏中输入http://localhost:8888/hello，你就能看见如下结果：
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学习开发web服务器的时候，你还写了个最简单的WSGI Web框架，惊不惊喜？意不意外？

接下来，我们转向服务器传递给客户端的HTPP报文。下面是你使用HTTP客户端调用Pyramid应用时，服务器产生的HTTP响应报文：
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这个响应与你再Part1中见到的有相似之处，也有一些新东西。再举个栗子，它有四个你以前没见过的HTTP头部：Content-Type、Content-Length、Date和Server。这些头部是一个web服务器产生的响应应该有的，尽管并没有严格要求。这些头部的目的是传递一些关于HTTP请求/响应的附加信息。

既然你已经对WSGI接口有了进一步的了解，下图还是那个HTTP响应，不过多了些内容，告诉你响应的每条信息是从哪里产生的。
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目前为止我还没有提及‘environ’这个字典，简单来说‘environ’是个标准的Python字典类型，它必须包含WSGI规范里规定的一些特定的WSGI和SGI变量。服务器解析请求之后从HTTP请求中获取字典所需要的值。下图是字典内容：
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web框架从字典中获取信息，根据特定的路由、请求方法等来决定使用哪个页面、从哪里读取请求主体，或者写入错误信息。