從零開始搭建論壇（一）：Web服務器與Web框架

時間 2019-11-05

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以前用 Django 作過一個小的站點，感受Django太過笨重，因而就準備換一個比較輕量級的 Web 框架來玩玩。Web.py 做者已經掛掉，項目很久沒有更新，因此不許備用它。而 Flask 也是一個成熟的輕量級 Web 框架，在 github 上有衆多的 Star 和 Fork，文檔和擴展也很豐富，值得學習。html

學習一個框架最好的方式就是用框架作一個項目，在實戰中理解掌握框架。這裏我用 Flask 框架，使用 Mysql 數據庫作了一個論壇系統。麻雀雖小，五臟俱全，論壇效果圖以下：python

下面是論壇的基本功能：ios

完整的用戶模塊（註冊、登陸，更改、找回密碼、信息修改、站內消息通知）；git
豐富的論壇模塊（建立、回覆話題，站內搜索，markdown支持，@user 提醒）；github
強大的後臺管理，支持屏蔽用戶、話題、評論，支持各類條件搜索話題、評論；web

本博客將會用一系列文章，記錄論壇系統搭建的過程，但願對剛入門Web開發的同窗有所幫助。sql

咱們常常據說 Django, Flask 這些 python 語言的Web 框架，那麼框架究竟是什麼，Web框架和Web服務器（Nginx, Apache等）有什麼區別？離開框架還能用 Python 搭建Web站點嗎？要解決這些疑問，咱們有必要來理解下 Web 服務器的工做原理，以及 Web 框架的本質。數據庫

Web 服務器

當咱們在瀏覽器輸入URL後，瀏覽器會先請求DNS服務器，得到請求站點的 IP 地址。而後發送一個HTTP Request（請求）給擁有該 IP 的主機，接着就會接收到服務器給咱們的 HTTP Response（響應），瀏覽器通過渲染後，以一種較好的效果呈現給咱們。這個過程當中，正是Web服務器在幕後默默作貢獻。django

簡單來講，Web服務器是在運行在物理服務器上的一個程序，它永久地等待客戶端（主要是瀏覽器，好比Chrome，Firefox等）發送請求。當收到請求以後，它會生成相應的響應並將其返回至客戶端。Web服務器經過HTTP協議與客戶端通訊，所以也被稱爲HTTP服務器。編程

Web服務器的工做原理並不複雜，通常可分紅以下4個步驟：創建鏈接、請求過程、應答過程以及關閉鏈接。

創建鏈接：客戶機經過TCP/IP協議創建到服務器的TCP鏈接。
請求過程：客戶端向服務器發送HTTP協議請求包，請求服務器裏的資源文檔。
應答過程：服務器向客戶機發送HTTP協議應答包，若是請求的資源包含有動態語言的內容，那麼服務器會調用動態語言的解釋引擎負責處理「動態內容」，並將處理獲得的數據返回給客戶端。由客戶端解釋HTML文檔，在客戶端屏幕上渲染圖形結果。
關閉鏈接：客戶機與服務器斷開。

下面咱們實現一個簡單的 Web 服務器。運行示例程序後，會監聽本地端口 8000，在瀏覽器訪問 http://localhost:8000 就能看到響應內容。而咱們的程序也可以打印出客戶端發來的請求內容，以下圖：

這裏Request 和 Response 都須要遵照 HTTP 協議，關於 HTTP 協議的詳細內容，能夠讀讀《HTTP 權威指南》，或者看我整理的HTTP 部份內容。

雖說web服務器的主要工做是根據request返回response，可是實際中的 Web 服務器遠遠比上面示例的複雜的多，由於要考慮的因素實在是太多了，好比：

緩存機制：講一些常常被訪問的頁面緩存起來，提升響應速度；
安全：防止黑客的各類攻擊，好比 SYN Flood 攻擊；
併發處理：如何響應不一樣客戶端同時發起的請求；
日誌：記錄訪問日至，方便作一些分析。

目前在UNIX和LINUX平臺下使用最普遍的免費 Web 服務器有Apache和 Nginx 。

Web 應用程序

Web 服務器接受 Http Request，返回 Response，不少時候 Response 並非靜態文件，所以須要有一個應用程序根據 Request 生成相應的 Response。這裏的應用程序主要用來處理相關業務邏輯，讀取或者更新數據庫，根據不一樣 Request 返回相應的 Response。注意這裏並非 Web 服務器自己來作這件事，它只負責 Http 協議層面和一些諸如併發處理，安全，日誌等相關的事情。

應用程序能夠用各類語言編寫（Java, PHP, Python, Ruby等），這個應用程序會從Web服務器接收客戶端的請求，處理完成後，再返回響應給Web服務器，最後由Web服務器返回給客戶端。整個架構以下：

以 Python 爲例，使用Python開發Web，最原始和直接的辦法是使用CGI標準，在1998年這種方式很流行。首先確保 Web 服務器支持CGI及已經配置了CGI的處理程序，而後設置好CGI目錄，在目錄裏面添加相應的 python 文件，每個 python 文件處理相應輸入，生成一個 html 文件便可，以下例：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

print "Content-type:text/html"
print         # 空行，告訴服務器結束頭部
print '<html>'
print '<head>'
print '<meta charset="utf-8">'
print '</head>'
print '<body>'
print '<h2>Hello Word! 我是一個CGI程序</h2>'
print '</body>'
print '</html>'

這樣在瀏覽器訪問該文件就能夠獲得一個簡單的 Hello World 網頁內容。直接經過 CGI 寫 Web 應用程序看起來很簡單，每個文件處理輸入，生成html。可是實際開發中，可能會遇到許多不方便的地方。好比：

每一個獨立的CGI腳本可能會重複寫數據庫鏈接，關閉的代碼；
後端開發者會看到一堆 Content-Type 等和本身無關的 html 頁面元素；

Web 框架

早期開發站點確作了許多重複性勞動，後來爲了減小重複，避免寫出龐雜，混亂的代碼，人們將 Web 開發的關鍵性過程提取出來，開發出了各類 Web 框架。有了框架，就能夠專一於編寫清晰、易維護的代碼，無需關心數據庫鏈接之類的重複性工做。

其中一種比較經典的Web框架採用了 MVC 架構，以下圖所示：

用戶輸入 URL，客戶端發送請求，控制器（Controller）首先會拿到請求，而後用模型（Models）從數據庫取出全部須要的數據，進行必要的處理，將處理後的結果發送給 視圖（View），視圖利用獲取到的數據，進行渲染生成 Html Response返回給客戶端。

以 python web 框架 flask 爲例，框架自己並不限定咱們用哪一種架構來組織咱們的應用，不過 flask 能夠很好地支持以 MVC 方式組織應用。

控制器：flask 能夠用裝飾器來添加路由項，以下：

@app.route('/')
def main_page():
    pass

模型：主要用來取出須要的數據，以下面函數中操做：

@app.route('/')
def main_page():
    """Searches the database for entries, then displays them."""
    db = get_db()
    cur = db.execute('select * from entries order by id desc')
    entries = cur.fetchall()
    return render_template('index.html', entries=entries)

視圖：flask 利用 jinja2 來渲染頁面，下面的模版文件指定了頁面的樣式：

{% for entry in entries %}
<li>
  <h2>{{ entry.title }}</h2>
  <div>{{ entry.text|safe }}</div>
</li>
{% else %}
<li><em>No entries yet. Add some!</em></li>
{% endfor %}

Web 服務器網關接口

咱們知道Python有着許多的 Web 框架，而同時又有着許多的 Web 服務器（Apache, Nginx, Gunicorn等），框架和Web服務器之間須要進行通訊，若是在設計時它們之間不能夠相互匹配的，那麼選擇了一個框架就會限制對 Web 服務器的選擇，這顯然是不合理的。

那麼，怎樣確保能夠在不修改Web服務器代碼或網絡框架代碼的前提下，使用本身選擇的服務器，而且匹配多個不一樣的網絡框架呢？答案是接口，設計一套雙方都遵照的接口就能夠了。對python來講，就是WSGI（Web Server Gateway Interface，Web服務器網關接口）。其餘編程語言也擁有相似的接口：例如Java的Servlet API和Ruby的Rack。

Python WSGI的出現，讓開發者能夠將 Web 框架與 Web 服務器的選擇分隔開來，再也不相互限制。如今，你能夠真正地將不一樣的 Web 服務器與Web框架進行混合搭配，選擇知足本身需求的組合。例如，可使用 Gunicorn 或Nginx/uWSGI來運行Django、Flask或web.py應用。

下一篇咱們將會仔細分析 WSGI 接口標準，而後一塊兒來寫一個簡單的 WSGI Web 服務器。

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