Django運行方式及處理流程總結（xianglong.me）

以前在網上看過一些介紹Django處理請求的流程和Django源碼結構的文章，以爲了解一下這些內容對開發Django項目仍是頗有幫助的。因此，我按照本身的邏輯總結了一下Django項目的運行方式和對Request的基本處理流程。

1、Django的運行方式

運行Django項目的方法不少，這裏主要介紹一下經常使用的方法。一種是在開發和調試中常常用到runserver方法，使用Django本身的web server；另一種就是使用fastcgi，uWSGIt等協議運行Django項目，這裏以uWSGIt爲例。

一、runserver方法

runserver方法是調試Django時常常用到的運行方式，它使用Django自帶的WSGI Server運行，主要在測試和開發中使用，使用方法以下：

Usage: manage.py runserver [options] [optional port number, or ipaddr:port]
# python manager.py runserver    # default port is 8000
# python manager.py runserver 8080
# python manager.py runserver 127.0.0.1:9090

看一下manager.py的源碼，你會發現上面的命令實際上是經過Django的execute_from_command_line方法執行了內部實現的runserver命令，那麼如今看一下runserver具體作了什麼。。
看了源碼以後，能夠發現runserver命令主要作了兩件事情：

1. 解析參數，並經過 django.core.servers.basehttp.get_internal_wsgi_application 方法獲取 wsgi handler ;
2. 根據ip_address和port生成一個WSGIServer對象，接受用戶請求

get_internal_wsgi_application 的源碼以下：

def get_internal_wsgi_application():
    """
    Loads and returns the WSGI application as configured by the user in
    ``settings.WSGI_APPLICATION``. With the default ``startproject`` layout,
    this will be the ``application`` object in ``projectname/wsgi.py``.

    This function, and the ``WSGI_APPLICATION`` setting itself, are only useful
    for Django's internal servers (runserver, runfcgi); external WSGI servers
    should just be configured to point to the correct application object
    directly.

    If settings.WSGI_APPLICATION is not set (is ``None``), we just return
    whatever ``django.core.wsgi.get_wsgi_application`` returns.

    """
    from django.conf import settings
    app_path = getattr(settings, 'WSGI_APPLICATION')
    if app_path is None:
        return get_wsgi_application()

    return import_by_path(
        app_path,
        error_prefix="WSGI application '%s' could not be loaded; " % app_path
    )

經過上面的代碼咱們能夠知道，Django會先根據settings中的WSGI_APPLICATION來獲取handler；在建立project的時候，Django會默認建立一個wsgi.py文件，而settings中的WSGI_APPLICATION配置也會默認指向這個文件。看一下這個wsgi.py文件，其實它也和上面的邏輯同樣，最終調用get_wsgi_application實現。

二、uWSGI方法

uWSGI+Nginx的方法是如今最多見的在生產環境中運行Django的方法，本人的博客也是使用這種方法運行，要了解這種方法，首先要了解一下WSGI和uWSGI協議。

WSGI，全稱Web Server Gateway Interface，或者Python Web Server Gateway Interface，是爲Python語言定義的Web服務器和Web應用程序或框架之間的一種簡單而通用的接口，基於現存的CGI標準而設計的。WSGI其實就是一個網關(Gateway)，其做用就是在協議之間進行轉換。(PS: 這裏只對WSGI作簡單介紹，想要了解更多的內容可自行搜索)

uWSGI是一個Web服務器，它實現了WSGI協議、uwsgi、http等協議。注意uwsgi是一種通訊協議，而uWSGI是實現uwsgi協議和WSGI協議的Web服務器。uWSGI具備超快的性能、低內存佔用和多app管理等優勢。以個人博客爲例，uWSGI的xml配置以下：

<uwsgi>
    <!-- 端口 -->
    <socket>:7600</socket>
    <stats>:40000</stats>
    <!-- 系統環境變量 -->
    <env>DJANGO_SETTINGS_MODULE=geek_blog.settings</env>
    <!-- 指定的python WSGI模塊 -->
    <module>django.core.handlers.wsgi:WSGIHandler()</module>
    <processes>6</processes>
    <master />
    <master-as-root />
    <!-- 超時設置 -->
    <harakiri>60</harakiri>
    <harakiri-verbose/>
    <daemonize>/var/app/log/blog/uwsgi.log</daemonize>
    <!-- socket的監聽隊列大小 -->
    <listen>32768</listen>
    <!-- 內部超時時間 -->
    <socket-timeout>60</socket-timeout>
</uwsgi>

以上就是uWSGI xml配置的寫法，也可使用ini的方式。安裝uWSGI和運行的命令以下：

sudo pip install uwsgi
uwsgi --pidfile=/var/run/geek-blog.pid -x uwsgi.xml --uid blog --gid nogroup

uWSGI和Nginx一塊兒使用的配置方法就不在這裏說明了，網上教程不少，須要的能夠自行搜索。

2、HTTP請求處理流程

Django和其餘Web框架同樣，HTTP的處理流程基本相似：接受request，返回response內容。Django的具體處理流程大體以下圖所示：

加載project settings

在經過django-admin.py建立project的時候，Django會自動生成默認的settings文件和manager.py等文件，在建立WSGIServer以前會執行下面的引用：
from django.conf import settings
上面引用在執行時，會讀取os.environ中的DJANGO_SETTINGS_MODULE配置，加載項目配置文件，生成settings對象。因此，在manager.py文件中你能夠看到，在獲取WSGIServer以前，會先將project的settings路徑加到os路徑中。

建立WSGIServer

不論是使用runserver仍是uWSGI運行Django項目，在啓動時都會調用django.core.servers.basehttp中的run()方法，建立一個django.core.servers.basehttp.WSGIServer類的實例，以後調用其serve_forever()方法啓動HTTP服務。run方法的源碼以下：

def run(addr, port, wsgi_handler, ipv6=False, threading=False):
    server_address = (addr, port)
    if threading:
        httpd_cls = type(str('WSGIServer'), (socketserver.ThreadingMixIn, WSGIServer), {})
    else:
        httpd_cls = WSGIServer
    httpd = httpd_cls(server_address, WSGIRequestHandler, ipv6=ipv6)
    # Sets the callable application as the WSGI application that will receive requests
    httpd.set_app(wsgi_handler)
    httpd.serve_forever()

如上，咱們能夠看到：在建立WSGIServer實例的時候會指定HTTP請求的Handler，上述代碼使用WSGIRequestHandler。當用戶的HTTP請求到達服務器時，WSGIServer會建立WSGIRequestHandler實例，使用其handler方法來處理HTTP請求(其實最終是調用wsgiref.handlers.BaseHandler中的run方法處理)。WSGIServer經過set_app方法設置一個可調用(callable)的對象做爲application，上面提到的handler方法最終會調用設置的application處理request，並返回response。

其中，WSGIServer繼承自wsgiref.simple_server.WSGIServer，而WSGIRequestHandler繼承自wsgiref.simple_server.WSGIRequestHandler，wsgiref是Python標準庫給出的WSGI的參考實現。其源碼可自行到wsgiref參看，這裏再也不細說。

處理Request

第二步中說到的application，在Django中通常是django.core.handlers.wsgi.WSGIHandler對象，WSGIHandler繼承自django.core.handlers.base.BaseHandler，這個是Django處理request的核心邏輯，它會建立一個WSGIRequest實例，而WSGIRequest是從http.HttpRequest繼承而來

返回Response

上面提到的BaseHandler中有個get_response方法，該方法會先加載Django項目的ROOT_URLCONF，而後根據url規則找到對應的view方法(類)，view邏輯會根據request實例生成並返回具體的response。
在Django返回結果以後，第二步中提到wsgiref.handlers.BaseHandler.run方法會調用finish_response結束請求，並將內容返回給用戶。

3、Django處理Request的詳細流程

上述的第三步和第四步邏輯只是大體說了一下處理過程，Django在處理request的時候其實作了不少事情，下面咱們詳細的過一下。首先給你們分享兩個網上看到的Django流程圖：

Django流程圖1

Django流程圖2

上面的兩張流程圖能夠大體描述Django處理request的流程，按照流程圖2的標註，能夠分爲如下幾個步驟：

1. 用戶經過瀏覽器請求一個頁面
2. 請求到達Request Middlewares，中間件對request作一些預處理或者直接response請求
3. URLConf經過urls.py文件和請求的URL找到相應的View
4. View Middlewares被訪問，它一樣能夠對request作一些處理或者直接返回response
5. 調用View中的函數
6. View中的方法能夠選擇性的經過Models訪問底層的數據
7. 全部的Model-to-DB的交互都是經過manager完成的
8. 若是須要，Views可使用一個特殊的Context
9. Context被傳給Template用來生成頁面
a. Template使用Filters和Tags去渲染輸出
b. 輸出被返回到View
c. HTTPResponse被髮送到Response Middlewares
d. 任何Response Middlewares均可以豐富response或者返回一個徹底不一樣的response
e. Response返回到瀏覽器，呈現給用戶

上述流程中最主要的幾個部分分別是：Middleware(中間件，包括request, view, exception, response)，URLConf(url映射關係)，Template(模板系統)，下面一一介紹一下。

一、Middleware(中間件)

Middleware並非Django所獨有的東西，在其餘的Web框架中也有這種概念。在Django中，Middleware能夠滲入處理流程的四個階段：request，view，response和exception，相應的，在每一個Middleware類中都有rocess_request，process_view， process_response 和 process_exception這四個方法。你能夠定義其中任意一個活多個方法，這取決於你但願該Middleware做用於哪一個處理階段。每一個方法均可以直接返回response對象。
Middleware是在Django BaseHandler的load_middleware方法執行時加載的，加載以後會創建四個列表做爲處理器的實例變量：

_request_middleware：process_request方法的列表
_view_middleware：process_view方法的列表
_response_middleware：process_response方法的列表
_exception_middleware：process_exception方法的列表

Django的中間件是在其配置文件(settings.py)的MIDDLEWARE_CLASSES元組中定義的。在MIDDLEWARE_CLASSES中，中間件組件用字符串表示：指向中間件類名的完整Python路徑。例如GeekBlog項目的配置：

MIDDLEWARE_CLASSES = (
    'django.middleware.cache.UpdateCacheMiddleware',
    'django.middleware.common.CommonMiddleware',
    'django.middleware.cache.FetchFromCacheMiddleware',
    'django.contrib.sessions.middleware.SessionMiddleware',
    'django.middleware.csrf.CsrfViewMiddleware',
    'django.contrib.auth.middleware.AuthenticationMiddleware',
    'django.contrib.messages.middleware.MessageMiddleware',
    'django.middleware.locale.LocaleMiddleware',
    'geek_blog.middlewares.MobileDetectionMiddleware',    # 自定義的Middleware
)

Django項目的安裝並不強制要求任何中間件，若是你願意，MIDDLEWARE_CLASSES能夠爲空。中間件出現的順序很是重要：在request和view的處理階段，Django按照MIDDLEWARE_CLASSES中出現的順序來應用中間件，而在response和exception異常處理階段，Django則按逆序來調用它們。也就是說，Django將MIDDLEWARE_CLASSES視爲view函數外層的順序包裝子：在request階段按順序從上到下穿過，而在response則反過來。如下兩張圖能夠更好地幫助你理解：

Django Middleware流程1

Django Middleware流程圖2

二、URLConf(URL映射)

若是處理request的中間件都沒有直接返回response，那麼Django會去解析用戶請求的URL。URLconf就是Django所支撐網站的目錄。它的本質是URL模式以及要爲該URL模式調用的視圖函數之間的映射表。經過這種方式能夠告訴Django，對於這個URL調用這段代碼，對於那個URL調用那段代碼。具體的，在Django項目的配置文件中有ROOT_URLCONF常量，這個常量加上根目錄"/"，做爲參數來建立django.core.urlresolvers.RegexURLResolver的實例，而後經過它的resolve方法解析用戶請求的URL，找到第一個匹配的view。

其餘有關URLConf的內容，這裏再也不具體介紹，你們能夠看DjangoBook瞭解。

三、Template(模板)

大部分web框架都有本身的Template(模板)系統，Django也是。可是，Django模板不一樣於Mako模板和jinja2模板，在Django模板不能直接寫Python代碼，只能經過額外的定義filter和template tag實現。因爲本文主要介紹Django流程，模板內容就不過多介紹。

PS: 以上代碼和內容都是基於Django 1.6.5版本，其餘版本可能與其不一樣，請參考閱讀。

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