WSGI、Flask及Werkzeug三者之间的关系

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一、WSGI是什么？

二、Werkzeug是什么

三、Flask的WSGI实现

一、WSGI是什么？

WSGI是一套接口规范。一个WSGI程序用以接受客户端请求，传递给应用，再返回服务器的响应给客户端。WSGI程序通常被定义成一个函数，当然你也可以使用类实例来实现。

下图显示了python中客户端、服务器、WSGI、应用之间的关系：

WSGI、Flask及Werkzeug三者之间的关系

从下往上开始介绍：

客户端：浏览器或者app。

web服务器：Web服务器是指驻留于因特网上某种类型计算机的程序。当Web浏览器（客户端）连到服务器上并请求文件时，服务器将处理该请求并将文件发送到该浏览器上，附带的信息会告诉浏览器如何查看该文件（即文件类型）。服务器使用HTTP（超文本传输协议）进行信息交流，这就是人们常把它们称为HTTP服务器的原因。

严格意义上Web服务器只负责处理HTTP协议，用于处理静态页面的内容。而动态内容需要通过WSGI接口交给应用服务器去处理。
Web服务器包括Nginx，Apache，IIS等。而优秀的web服务器在接收http请求时，还可以做负载均衡和反向代理等工作。

WSGI容器：常见的WSGI容器有Gunicorn，uWSGI等。web框架和web服务器之间需要通信，这时候需要设计一套双方都遵守的接口。PEP3333指出，WSGI(Web Server Gateway Interface)是WEB服务器和web框架或web应用之间建立的一种简单通用的接口规范。有了wsgi这份接口规范，在web开发的过程中，能更加自由的选择服务器端和框架；在服务器端和框架的开发过程能够分离开来，不用过多的考虑双方具体的实现，使得服务器端和框架开发者能够专心自己领域的开发工作。而WSGI容器就是根据这套接口写出来的。WSGI容器的作用就是根据web服务器传递而来的参数构建一个让WSGI应用成功执行的环境，例如request，而且还得把WSGI应用上处理好的结果返回给web服务器。此外WSGI容器也叫应用服务器。

注：一般应用服务器都集成了web服务器，主要是为了调试方便，出于性能和稳定性考虑，并不能在生产环境中使用。

web框架：作用主要是方便我们开发 web应用程序，HTTP请求的动态数据就是由 web框架层来提供的。常见的 web框架有Flask，Django，Tornado等，而Tornado不光是一个web框架，还实现了WSGI容器的功能。

二、Werkzeug是什么

都知道Flask是一个web框架，而且Flask是基于werkzeug开发的，那werkzeug是什么呢？

Werkzeug是一个WSGI工具包，他可以作为一个Web框架的底层库。这里稍微说一下， werkzeug 不是一个web服务器，也不是一个web框架，而是一个工具包，官方的介绍说是一个 WSGI 工具包，它可以作为一个 Web 框架的底层库，因为它封装好了很多 Web 框架的东西，例如 Request，Response 等等。使用它可以减轻web框架开发工作量。我看过werkzeug的源码后发现，werkzeug也实现了WSGI容器的功能，而且利用python/http/server.py库实现了一个简易的http服务器。因此在调试的时候可以直接使用app.run()把服务器给运行起来。

WSGI简化了编写Web app的复杂度，使程序员不必关注底层的数据传输而专注于Web本身。框架则基于WSGI进一步抽象，用一个函数处理一个URL。而URL与函数的绑定，称为路由(route)，而这些就交给Web框架来做了。Python Flask的路由，是由装饰器实现的。

三、Flask的WSGI实现

有了上面的知识，从最简单的这个flask程序来看WSGI的实现。

使用app.run()方法来启动flask应用（app.run()代码隐藏着创建一个服务器），app应用本身会作为参数传递到WSGI服务器中。
在客户端（这里就是浏览器）输入网址（发送一个请求），服务器使用WSGI 中间件来处理这个请求。
WSGI 处理请求对应着wsgi_app(self, environ, start_response)方法，self参数对应着app，即flask程序；environ和 start_response由服务器提供。
wsgi_app()作用就是调用各种请求处理函数来处理请求，然后返回处理结果。即用户输入网址后，看到了网页响应。

from flask import Flask
 
app = Flask(__name__)  
#生成app实例，传递 __name__参数，__name__ 就是当前模块名字。
 
@app.route("/")
def index():
    return "2017-08-21"
 
if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

1. 首先 app.run()方法开始。看run()方法的定义，调用了werkzeug库中的一个run_simple()方法，最后启动了BaseWSGIServer 服务器。运行run()方法是只传递了debug=True参数。看run() 方法内部：

第一个 if 语句设置默认host参数值为 127.0.0.1
第二个 if 语句设置默认port参数值为5000
第三个 if 语句中传递了debug 参数值为 True
the options to be forwarded to the underlying Werkzeug server. 这里把debug状态传递到底层的Werkzeug server。即use_reloader=True ; use_debugger=True
最后调用werkzeug库中的一个run_simple()方法。同时，传递了刚刚设置的几个参数

def run(self, host=None, port=None, debug=None, **options):
        """Runs the application on a local development server.
        ...
        """
        from werkzeug.serving import run_simple
        if host is None:
            host = '127.0.0.1'
        if port is None:
            server_name = self.config['SERVER_NAME']
            if server_name and ':' in server_name:
                port = int(server_name.rsplit(':', 1)[1])
            else:
                port = 5000
        if debug is not None:
            self.debug = bool(debug)
        options.setdefault('use_reloader', self.debug)
        options.setdefault('use_debugger', self.debug)
        try:
            run_simple(host, port, self, **options)
        finally:
            self._got_first_request = False

2. 看run_simple()方法

hostname, port, application 对应着刚才run()方法中传递过来的host, port, self 参数。(这里self 就是Flask实例化了的app)
同时run()方法中还传递了user_debugger=True；user_loader=True 。剩余的参数使用初始值。
根据上面 user_loader=True，第一个if语句成立，调用了werkzeug.debug模块中的 DebuggedApplication类来对应用程序包装一次。传入了application参数和use_evalex参数，调用run_simple()方法时设置了use_evalex=True。DebuggedApplication类的简单说明：Enables debugging support for a given application
第二个if条件语句不成立，不执行之后的代码。
定义了log_startup函数和inner()函数，使用的时候再看具体实现了什么。
if use_reloader: 成立，会执行之后的代码。最关键的一行代码：run_with_reloader(inner, extra_files, reloader_interval, reloader_type)调用了run_with_reloader方法，inner作为run_with_reloader方法中的main_func 参数；run_simple()方法设置了extra_files=None ，reloader_interval=1，reloader_type=’auto’ 同时作为参数传递到run_with_reloader方法中。
然后，inner()方法中关键语句：make_server()创建http服务器; server_forever()让服务器不要关闭，一直等待下一个请求。

def run_simple(hostname, port, application, use_reloader=False,
               use_debugger=False, use_evalex=True,
               extra_files=None, reloader_interval=1,
               reloader_type='auto', threaded=False,
               processes=1, request_handler=None, static_files=None,
               passthrough_errors=False, ssl_context=None):
    """Start a WSGI application. Optional features include a reloader,
    multithreading and fork support.
    :param hostname: The host for the .  eg: ``'localhost'``
    :param port: The port for the server.  eg: ``8080``
    :param application: the WSGI application to execute
    ...
    (省略了其余的参数介绍。)
    """
    if use_debugger:
        from werkzeug.debug import DebuggedApplication
        application = DebuggedApplication(application, use_evalex)
    if static_files:
        from werkzeug.wsgi import SharedDataMiddleware
        application = SharedDataMiddleware(application, static_files)
 
    def log_startup(sock):
        display_hostname = hostname not in ('', '*') and hostname or 'localhost'
        if ':' in display_hostname:
            display_hostname = '[%s]' % display_hostname
        quit_msg = '(Press CTRL+C to quit)'
        port = sock.getsockname()[1]
        _log('info', ' * Running on %s://%s:%d/ %s',
             ssl_context is None and 'http' or 'https',
             display_hostname, port, quit_msg)
 
    def inner():
        try:
            fd = int(os.environ['WERKZEUG_SERVER_FD'])
        except (LookupError, ValueError):
            fd = None
        srv = make_server(hostname, port, application, threaded,
                          processes, request_handler,
                          passthrough_errors, ssl_context,
                          fd=fd)
        if fd is None:
            log_startup(srv.socket)
        srv.serve_forever()
 
    if use_reloader:
        # If we're not running already in the subprocess that is the
        # reloader we want to open up a socket early to make sure the
        # port is actually available.
        if os.environ.get('WERKZEUG_RUN_MAIN') != 'true':
            if port == 0 and not can_open_by_fd:
                raise ValueError('Cannot bind to a random port with enabled '
                                 'reloader if the Python interpreter does '
                                 'not support socket opening by fd.')
 
            # Create and destroy a socket so that any exceptions are
            # raised before we spawn a separate Python interpreter and
            # lose this ability.
            address_family = select_ip_version(hostname, port)
            s = socket.socket(address_family, socket.SOCK_STREAM)
            s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
            s.bind((hostname, port))
            if hasattr(s, 'set_inheritable'):
                s.set_inheritable(True)
 
            # If we can open the socket by file descriptor, then we can just
            # reuse this one and our socket will survive the restarts.
            if can_open_by_fd:
                os.environ['WERKZEUG_SERVER_FD'] = str(s.fileno())
                s.listen(LISTEN_QUEUE)
                log_startup(s)
            else:
                s.close()
 
        # Do not use relative imports, otherwise "python -m werkzeug.serving"
        # breaks.
        from werkzeug._reloader import run_with_reloader
        run_with_reloader(inner, extra_files, reloader_interval,
                          reloader_type)
    else:
        inner()

3. 然后，makeserver()方法：

inner()方法中调用makeserver()方法时传递了所有需要的参数；hostname = 127.0.0.1，port = 5000，app 在这里就是flask 程序，thread-线程。 processes = 1 单进程 …
根据判断条件，make_server()方法最后会返回BaseWSGIServer(host, port, app, request_handler, passthrough_errors, ssl_context, fd=fd) 来启动BaseWSGIServer，创造一个单线程，单进程的WSGI server。

def make_server(host=None, port=None, app=None, threaded=False, processes=1,
                request_handler=None, passthrough_errors=False,
                ssl_context=None, fd=None):
    """Create a new server instance that is either threaded, or forks
    or just processes one request after another.
    """
    if threaded and processes > 1:
        raise ValueError("cannot have a multithreaded and "
                         "multi process server.")
    elif threaded:
        return ThreadedWSGIServer(host, port, app, request_handler,
                                  passthrough_errors, ssl_context, fd=fd)
    elif processes > 1:
        return ForkingWSGIServer(host, port, app, processes, request_handler,
                                 passthrough_errors, ssl_context, fd=fd)
    else:
        return BaseWSGIServer(host, port, app, request_handler,
                              passthrough_errors, ssl_context, fd=fd)

4. class BaseWSGIServer(HTTPServer, object)
BaseWSGIServer类继承自HTTPServer类，最后详细讲。

class BaseWSGIServer(HTTPServer, object):
 
    """Simple single-threaded, single-process WSGI server."""
    multithread = False
    multiprocess = False
    request_queue_size = LISTEN_QUEUE
 
    def __init__(self, host, port, app, handler=None,
                 passthrough_errors=False, ssl_context=None, fd=None):
        if handler is None:
            handler = WSGIRequestHandler
 
        self.address_family = select_ip_version(host, port)
 
        if fd is not None:
            real_sock = socket.fromfd(fd, self.address_family,
                                      socket.SOCK_STREAM)
            port = 0
        HTTPServer.__init__(self, (host, int(port)), handler)
        self.app = app
        self.passthrough_errors = passthrough_errors
        self.shutdown_signal = False
        self.host = host
        self.port = self.socket.getsockname()[1]
 
        # Patch in the original socket.
        if fd is not None:
            self.socket.close()
            self.socket = real_sock
            self.server_address = self.socket.getsockname()
 
        if ssl_context is not None:
            if isinstance(ssl_context, tuple):
                ssl_context = load_ssl_context(*ssl_context)
            if ssl_context == 'adhoc':
                ssl_context = generate_adhoc_ssl_context()
            # If we are on Python 2 the return value from socket.fromfd
            # is an internal socket object but what we need for ssl wrap
            # is the wrapper around it :(
            sock = self.socket
            if PY2 and not isinstance(sock, socket.socket):
                sock = socket.socket(sock.family, sock.type, sock.proto, sock)
            self.socket = ssl_context.wrap_socket(sock, server_side=True)
            self.ssl_context = ssl_context
        else:
            self.ssl_context = None
 
    def log(self, type, message, *args):
        _log(type, message, *args)
 
    def serve_forever(self):
        self.shutdown_signal = False
        try:
            HTTPServer.serve_forever(self)
        except KeyboardInterrupt:
            pass
        finally:
            self.server_close()
 
    def handle_error(self, request, client_address):
        if self.passthrough_errors:
            raise
        return HTTPServer.handle_error(self, request, client_address)
 
    def get_request(self):
        con, info = self.socket.accept()
        return con, info

5. 找到HTTPServer类:

HTTPServer类在python安装路径的Lib/http/server.py 模块中。
HTTPServer类实现了一个server_bind()方法用来绑定服务器地址和端口。
class HTTPServer(socketserver.TCPServer) HTTPServer类继承了socketserver模块中的TCPServer类。

class HTTPServer(socketserver.TCPServer):
 
    allow_reuse_address = 1    # Seems to make sense in testing environment
 
    def server_bind(self):
        """Override server_bind to store the server name."""
        socketserver.TCPServer.server_bind(self)
        host, port = self.server_address[:2]
        self.server_name = socket.getfqdn(host)
        self.server_port = port

6. 找到 TCPServer类：

TCPServer在socketserver模块中。首先，socket 介绍： A network socket is an internal endpoint for sending or receiving data at a single node in a computer network. 。
TCPServer类中的介绍：Base class for various socket-based server classes. Defaults to synchronous IP stream (i.e., TCP).
TCPServer类继承了BaseServer基类。都是定义了服务器端的基本属性。后面的继承类可以重写这里的一部分属性。

7. 再回到BaseWSGIServer 类：
BaseWSGIServer类重写了一大堆东西，首先 __init__ 初始化类中的变量，供类中其他函数调用。

__init__ 函数首先定义了handler = WSGIRequestHandler 来处理请求。
WSGIRequestHandler简单介绍：A request handler that implements WSGI dispatching.
class WSGIRequestHandler(BaseHTTPRequestHandler, object) WSGIRequestHandler 继承自 BaseHTTPRequestHandler。
class BaseHTTPRequestHandler(socketserver.StreamRequestHandler)BaseHTTPRequestHandler继承自socketserver模块中的StreamRequestHandler
class StreamRequestHandler(BaseRequestHandler) StreamRequestHandler继承自BaseRequestHandler，就是用来处理请求的类。
最初的BaseRequestHandler基类定义的属性很少，一层层的重写，到了WSGIRequestHandler类，越来越完善了。
最重要的要知道，这个WSGIRequestHandler类是用来处理请求的。

def __init__(self, host, port, app, handler=None,
                 passthrough_errors=False, ssl_context=None, fd=None):
        if handler is None:
            handler = WSGIRequestHandler
            ...

8. WSGIRequestHandler类中定义了很多方法。因为WSGI 是单线程、单进程的server，来看这个handle_one_request(self)方法，用来处理一个请求。

 def handle_one_request(self):
        """Handle a single HTTP request."""
        self.raw_requestline = self.rfile.readline()
        if not self.raw_requestline:
            self.close_connection = 1
        elif self.parse_request():
            return self.run_wsgi()

9. 调用了run_wsgi()方法，run_wsgi()方法方法好长，重点看这句execute(self.server.app) ，在这儿处理请求使用Flask中的__call__ 方法。。app（Flask实例对象）作为参数在make_server()时已经传递到服务器中了。

def run_wsgi(self):
       ...
 
        def write(data):
            ...
 
        def start_response(status, response_headers, exc_info=None):
            ...
            return write
 
        def execute(app):
            ...
 
        try:
            execute(self.server.app)
        except ...
        ...

10. 服务器收到http请求，去调用app的时候，实际上是用了Flask 的 __call__方法，会调用wsgi_app()方法。

def __call__(self, environ, start_response):
        """Shortcut for :attr:`wsgi_app`."""
        return self.wsgi_app(environ, start_response)

11. 到了wsgi_app()，就和上一篇笔记的WSGI介绍联系起来了。这里wsgi_app作为中间件的存在，连接着服务器和应用程序。对服务器来说wsgi_app是应用程序；对应用程序来说，wsgi_app是服务器。

wsgi_app(self, environ, start_response)需要三个参数，self即需要运行的flask 应用程序，在创建服务器时传递到了 WSGI server。environ, start_response由服务器提供，wsgi_app的功能就是根据请求查找各种请求处理函数，然后返回请求处理结果到服务器。

def wsgi_app(self, environ, start_response):
        """The actual WSGI application.  This is not implemented in
        `__call__` so that middlewares can be applied without losing a
        reference to the class.  So instead of doing this::
            app = MyMiddleware(app)
        :param environ: a WSGI environment
        :param start_response: a callable accepting a status code,
                               a list of headers and an optional
                               exception context to start the response
        """
        ctx = self.request_context(environ)
        ctx.push()
        error = None
        try:
            try:
                response = self.full_dispatch_request()
            except Exception as e:
                error = e
                response = self.handle_exception(e)
            except:
                error = sys.exc_info()[1]
                raise
            return response(environ, start_response)
        finally:
            if self.should_ignore_error(error):
                error = None
            ctx.auto_pop(error)

参考博客：

https://blog.csdn.net/sodawaterer/article/details/71497086

https://blog.csdn.net/sinat_36651044/article/details/77462831

https://www.jianshu.com/p/265aa5d0f22d

发布者：全栈程序员-用户IM，转载请注明出处：https://javaforall.cn/188324.html原文链接：https://javaforall.cn

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