Python學習--20 Web開發

時間  2019-11-22
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HTTP格式

HTTP協議是基於TCP和IP協議的。HTTP協議是一種文本協議。php

每一個HTTP請求和響應都遵循相同的格式，一個HTTP包含Header和Body兩部分，其中Body是可選的。html

HTTP請求格式：前端

GET：python

GET /path HTTP/1.1
Header1: Value1
Header2: Value2
Header3: Value3

POST：web

POST /path HTTP/1.1
Header1: Value1
Header2: Value2
Header3: Value3

body data goes here...

Header部分每行用\r\n換行，每行裏鍵名和鍵值之間以:分割，注意冒號後有個空格。數據庫

當遇到\r\n\r\n時，Header部分結束，後面的數據所有是Body。json

HTTP響應格式：flask

200 OK
Header1: Value1
Header2: Value2
Header3: Value3

body data goes here...

HTTP響應若是包含body，也是經過\r\n\r\n來分隔的。後端

請再次注意，Body的數據類型由Content-Type頭來肯定，若是是網頁，Body就是文本，若是是圖片，Body就是圖片的二進制數據。瀏覽器

Body數據是能夠被壓縮的，若是看到Content-Encoding，說明網站使用了壓縮。最多見的壓縮方式是gzip。

WSGI接口

瞭解了HTTP協議的格式後，咱們能夠理解一個Web應用的本質：
一、瀏覽器發送HTTP請求給服務器；
二、服務器接收請求後，生成HTML；
三、服務器把生成的HTML做爲HTTP響應的body返回給瀏覽器；
四、瀏覽器接收到HTTP響應後，解析HTTP裏body並顯示。

接受HTTP請求、解析HTTP請求、發送HTTP響應實現起來比較複雜，有專門的服務器軟件來實現，例如Nginx，Apache。咱們要作的就是專一於生成HTML文檔。

Python裏也提供了一個比較底層的WSGI（Web Server Gateway Interface）接口來實現TCP鏈接、HTTP原始請求和響應格式。實現了該接口定義的內容，就能夠實現相似Nginx、Apache等服務器的功能。

WSGI接口定義要求Web開發者實現一個函數，就能夠響應HTTP請求，示例：

def application(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
    return [b'<h1>Hello, web!</h1>']

這是一個簡單的文本版本的Hello, web!。

上面的application()函數就是符合WSGI標準的一個HTTP處理函數，它接收兩個參數：

environ：一個包含全部HTTP請求信息的dict對象；
start_response：一個發送HTTP響應的函數。

有了WSGI，咱們關心的就是如何從environ這個dict對象拿到HTTP請求信息，而後構造HTML，經過start_response()發送Header，最後返回Body。

整個application()函數自己沒有涉及到任何解析HTTP的部分，即底層代碼不須要本身編寫，只負責在更高層次上考慮如何響應請求就能夠了。

可是，application()函數由誰來調用呢？由於這裏的參數environ、start_response咱們無法提供，返回的bytes也無法發給瀏覽器。

application()函數必須由WSGI服務器來調用。

有不少符合WSGI規範的服務器，Python提供了一個最簡單的WSGI服務器，能夠把咱們的Web應用程序跑起來。這個模塊叫wsgiref，它是用純Python編寫的WSGI服務器的參考實現。所謂「參考實現」是指該實現徹底符合WSGI標準，可是不考慮任何運行效率，僅供開發和測試使用。

運行WSGI服務

有了wsgiref，咱們能夠很是快的實現一個簡單的web服務器：

# coding: utf-8

from wsgiref.simple_server import make_server

def application(environ, start_response):
    print(environ)
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
    return [b'<h1>Hello web!</h1>']

print('HTTP server is running on http://127.0.0.1:9999')

# 建立一個服務器，IP地址能夠爲空，端口是9999，處理函數是application:
httpd = make_server('', 9999, application)
httpd.serve_forever()

運行後訪問http://127.0.0.1:9999/，會看到：

Hello web!

擴展知識：
make_server()裏第一個參數若是爲空，實際等效於0.0.0.0，表示監聽本地全部ip地址（包括127.0.0.1）。

經過Chrome瀏覽器的控制檯，咱們能夠查看到瀏覽器請求和服務器響應信息：

# 請求信息：
GET / HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:9999
Connection: keep-alive
Cache-Control: max-age=0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/50.0.2661.102 Safari/537.36
Accept-Encoding: gzip, deflate, sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8,en;q=0.6
Cookie: _ga=GA1.1.948200530.1463673425

# 響應信息：
HTTP/1.0 200 OK
Date: Sun, 12 Feb 2017 05:20:31 GMT
Server: WSGIServer/0.2 CPython/3.4.3
Content-Type: text/html
Content-Length: 19

<h1>Hello web!</h1>

咱們再看終端的輸出信息：

$ python user_wsgiref_server.py
HTTP server is running on http://127.0.0.1:9999
127.0.0.1 - - [12/Feb/2017 13:18:38] "GET / HTTP/1.1" 200 19
127.0.0.1 - - [12/Feb/2017 13:18:39] "GET /favicon.ico HTTP/1.1" 200 19

若是咱們打印environ參數信息，會看到以下值：

{
    "SERVER_SOFTWARE": "WSGIServer/0.1 Python/2.7.5",
    "SCRIPT_NAME": "",
    "REQUEST_METHOD": "GET",
    "SERVER_PROTOCOL": "HTTP/1.1",
    "HOME": "/root",
    "LANG": "en_US.UTF-8",
    "SHELL": "/bin/bash",
    "SERVER_PORT": "9999",
    "HTTP_HOST": "dev.banyar.cn:9999",
    "HTTP_UPGRADE_INSECURE_REQUESTS": "1",
    "XDG_SESSION_ID": "64266",
    "HTTP_ACCEPT": "text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8",
    "wsgi.version": "0",
    "wsgi.errors": "",
    "HOSTNAME": "localhost",
    "HTTP_ACCEPT_LANGUAGE": "zh-CN,zh;q=0.8,en;q=0.6",
    "PATH_INFO": "/",
    "USER": "root",
    "QUERY_STRING": "",
    "PATH": "/usr/local/php/bin:/usr/local/php/sbin:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/root/bin",
    "HTTP_USER_AGENT": "Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/50.0.2661.102 Safari/537.36",
    "HTTP_CONNECTION": "keep-alive",
    "SERVER_NAME": "localhost",
    "REMOTE_ADDR": "192.168.0.101",
    "wsgi.url_scheme": "http",
    "CONTENT_LENGTH": "",
    "GATEWAY_INTERFACE": "CGI/1.1",
    "CONTENT_TYPE": "text/plain",
    "REMOTE_HOST": "",
    "HTTP_ACCEPT_ENCODING": "gzip, deflate, sdch"
}

爲顯示方便，已精簡部分信息。有了環境變量信息，咱們能夠對程序作些修改，能夠動態顯示內容：

def application(environ, start_response):
    print(environ['PATH_INFO'])
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
    body = '<h1>Hello %s!</h1>'  % (environ['PATH_INFO'][1:] or 'web' )
    return [body.encode('utf-8')]

以上使用了environ裏的PATH_INFO的值。咱們在瀏覽器輸入http://127.0.0.1:9999/python，瀏覽器會顯示：

Hello python!

終端的輸出信息：

$ python user_wsgiref_server.py
HTTP server is running on http://127.0.0.1:9999
/python
127.0.0.1 - - [12/Feb/2017 13:54:57] "GET /python HTTP/1.1" 200 22
/favicon.ico
127.0.0.1 - - [12/Feb/2017 13:54:58] "GET /favicon.ico HTTP/1.1" 200 27

web框架

實際項目開發中，咱們不可能使用swgiref來實現服務器，由於WSGI提供的接口雖然比HTTP接口高級了很多，但和Web App的處理邏輯比，仍是比較低級。咱們須要使用成熟的web框架。

因爲用Python開發一個Web框架十分容易，因此Python有上百個開源的Web框架。部分流行框架：

Flask：輕量級Web應用框架；
Django：全能型Web框架；
web.py：一個小巧的Web框架；
Bottle：和Flask相似的Web框架；
Tornado：Facebook的開源異步Web框架

Flask

Flask是一個使用 Python 編寫的輕量級 Web 應用框架。其 WSGI 工具箱採用 Werkzeug ，模板引擎則使用 Jinja2 。

安裝很是簡單：

pip install flask

控制檯輸出：

Collecting flask
  Downloading Flask-0.12-py2.py3-none-any.whl (82kB)
    100% |████████████████████████████████| 92kB 163kB/s
Collecting itsdangerous>=0.21 (from flask)
  Downloading itsdangerous-0.24.tar.gz (46kB)
    100% |████████████████████████████████| 51kB 365kB/s
Collecting click>=2.0 (from flask)
  Downloading click-6.7-py2.py3-none-any.whl (71kB)
    100% |████████████████████████████████| 71kB 349kB/s
Collecting Jinja2>=2.4 (from flask)
  Downloading Jinja2-2.9.5-py2.py3-none-any.whl (340kB)
    100% |████████████████████████████████| 348kB 342kB/s
Collecting Werkzeug>=0.7 (from flask)
  Downloading Werkzeug-0.11.15-py2.py3-none-any.whl (307kB)
    100% |████████████████████████████████| 317kB 194kB/s
Collecting MarkupSafe>=0.23 (from Jinja2>=2.4->flask)
  Downloading MarkupSafe-0.23.tar.gz
Building wheels for collected packages: itsdangerous, MarkupSafe
  Running setup.py bdist_wheel for itsdangerous ... done
Successfully built itsdangerous MarkupSafe
Installing collected packages: itsdangerous, click, MarkupSafe, Jinja2, Werkzeug, flask
Successfully installed Jinja2-2.9.5 MarkupSafe-0.23 Werkzeug-0.11.15 click-6.7 flask-0.12 itsdangerous-0.24

安裝完flask會同時安裝依賴模塊：itsdangerous, click, MarkupSafe, Jinja2, Werkzeug。

如今咱們來寫個簡單的登陸功能，主要是三個頁面：

  • 首頁，顯示home字樣；
  • 登陸頁，地址/login，有登陸表單；
  • 登陸後的歡迎頁面，若是登陸成功，提示歡迎語，不然提示用戶名不正確。

那麼一共有3個URL：

  • GET /：首頁，返回Home；
  • GET /login：登陸頁，顯示登陸表單；
  • POST /login：處理登陸表單，顯示登陸結果。

user_flask_app.py

# coding: utf-8

from flask import Flask
from flask import request

app = Flask(__name__)

# 首頁
@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def home():
    return '<h1>Home</h1><p><a href="/login">去登陸</a></p>'

# 登陸頁
@app.route('/login', methods=['get'])
def login():
    return '''<form action="/login" method="post">
              <p>用戶名：<input name="username"></p>
              <p>密碼：<input name="password" type="password"></p>
              <p><button type="submit">登陸</button></p>
              </form>'''

# 登陸頁處理
@app.route('/login', methods=['post'])
def do_login():
    # 從request對象讀取表單內容：
    param = request.form
    if(param['username'] == 'yjc' and param['password'] == 'yjc'):
        return '歡迎您 %s !' % param['username']
    else:
        return '用戶名或密碼不正確。'
    pass

if __name__ == '__main__':
    # run()方法參數能夠都爲空，使用默認值
    app.run('', 5000)

咱們能夠打開：http://localhost:5000/ 看效果。實際的Web App應該拿到用戶名和口令後，去數據庫查詢再比對，來判斷用戶是否能登陸成功。

經過代碼咱們能夠發現，Flask經過Python的裝飾器在內部自動地把URL和函數給關聯起來。

注意代碼裏同一個URL/login分別有GET和POST兩種請求，能夠映射到兩個處理函數中。

使用模板

Web框架讓咱們從編寫底層WSGI接口拯救出來了，極大的提升了咱們編寫程序的效率。

但代碼裏嵌套太多的html讓整個代碼易讀性變差，使程序變得複雜。咱們須要將後端代碼邏輯與前端html分離出來。這就是傳說中的MVC：Model-View-Controller，中文名「模型-視圖-控制器」。

Controller負責業務邏輯，好比檢查用戶名是否存在，取出用戶信息等等；

View負責顯示邏輯，經過簡單地替換一些變量，View最終輸出的就是用戶看到的HTML。

'Model'負責數據的獲取，如從數據庫查詢用戶信息等。Model簡單能夠理解爲數據。

那麼就是：Model獲取數據，Controlle處理業務邏輯，View顯示數據。

如今，咱們把上次直接輸出字符串做爲HTML的例子用MVC模式改寫一下：

# coding: utf-8

from flask import Flask,request,render_template

app = Flask(__name__)

# 首頁
@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def home():
    return render_template('home.html')

# 登陸頁
@app.route('/login', methods=['get'])
def login():
    return render_template('login.html', param = [])

# 登陸頁處理
@app.route('/login', methods=['post'])
def do_login():
    param = request.form
    if(param['username'] == 'yjc' and param['password'] == 'yjc'):
        return render_template('welcome.html', username = param['username'])
    else:
        return render_template('login.html', msg = '用戶名或密碼不正確。', param = param)
    pass

if __name__ == '__main__':
    app.run('', 5000)

Flask經過render_template()函數來實現模板的渲染。和Web框架相似，Python的模板也有不少種。Flask默認支持的模板是jinja2。

模板頁面：
home.html

<h1>Home</h1><p><a href="/login">去登陸</a></p>

login.html

{% if msg %}
<p style="color:red;">{{ msg }}</p>
{% endif %}
<form action="/login" method="post">
    <p>用戶名：<input name="username" value="{{ param.username }}"></p>
    <p>密碼：<input name="password" type="password"></p>
    <p><button type="submit">登陸</button></p>
</form>

welcome.html

<p>歡迎您， {{ username }} !</p>

項目目錄：

user_flask_app
    |-- templates
        |-- home.html
        |-- login.html
        |-- welcome.html
    |-- user_flask_app.py

render_template()函數第一個參數是模板名，默認是templates目錄下。後面的參數是傳給模板的變量。變量的值能夠是數字、字符串、列表等等。

在Jinja2模板中，咱們用{{ name }}表示一個須要替換的變量。不少時候，還須要循環、條件判斷等指令語句，在Jinja2中，用{% ... %}表示指令。

好比循環輸出頁碼：

{% for i in page_list %}
    <a href="/page/{{ i }}">{{ i }}</a>
{% endfor %}

除了Jinja2，常見的模板還有：

Mako：用<% ... %>和${xxx}的一個模板；
Cheetah：也是用<% ... %>和${xxx}的一個模板；
Django：Django是一站式框架，內置一個用{% ... %}和{{ xxx }}的模板。
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