Python 进阶 (五十) 浅析 Flask 运行原理

一、前言

在学习 Python Web 开发过程中，掌握了 Flask 的开发方法。经过一段时间的视频学习，回过头来对 Flask 的运行原理做一简要解析，以增强自己对 Flask 的了解。

二、 WSGI

所有的 Python Web 框架都要遵循 WSGI 协议,在这里还是要简单回顾一下 WSGI 的核心概念。

WSGI 中有一个非常重要的概念：每个 Python Web 应用都是一个可调用（callable）的对象。在 flask 中，这个对象就是 app = Flask(__name__) 创建出来的 app，就是下图中的绿色Application部分。要运行 web 应用，必须有 web server，比如我们熟悉的apache、nginx，或者python中的gunicorn，我们下面要讲到的 werkzeug 提供的WSGIServer，它们是下图的黄色 Server 部分。

Server 和 Application 之间怎么通信，就是 WSGI 的功能。它规定了 app(environ, start_response) 的接口，server 会调用 application，并传给它两个参数：environ 包含了请求的所有信息，start_response 是 application 处理完之后需要调用的函数，参数是状态码、响应头部还有错误信息。

WSGI application 非常重要的特点是：它是可以嵌套的。换句话说，可以写个 application，它做的事情就是调用另外一个 application，然后再返回（类似一个 proxy）。一般来说，嵌套的最后一层是业务应用，中间就是 middleware。这样的好处是，可以解耦业务逻辑和其他功能，比如限流、认证、序列化等都实现成不同的中间层，不同的中间层和业务逻辑是不相关的，可以独立维护；而且用户也可以动态地组合不同的中间层来满足不同的需求。

Flask 基于Werkzeug WSGI工具箱和 Jinja2 模板引擎。 Flask 使用BSD授权。 Flask 也被称为“microframework”，因为它使用简单的核心，用 extension 增加其他功能。Flask 没有默认使用的数据库、窗体验证工具。然而，Flask 保留了扩增的弹性，可以用 Flask-extension 加入这些功能：ORM、窗体验证工具、文件上传、各种开放式身份验证技术。我们可以这么理解，Flask 是一个核心，而其他功能则是一些插件，需要什么功能，只要找到对应的插件，将其插入核心就能够实现该功能了。

Flask 是怎么将代码转换为我们可见的 Web 网页的。首先，我们得先从 Web 程序的一般流程来看，对于我们的 Web 应用来说，当客户端想要获取动态资源 时，（比如 ASP 和 PHP 这类语言写的网站），这个时候就会发起一个 HTTP 请求（比如用浏览器访问一个 URL），此时 Web 应用程序就会在服务器后台进行相应的业务处理（比如对数据库进行操作或是进行一些计算操作等），取出用户需要的数据，生成相应的 HTTP 响应（当然，如果访问的是 静态资源 ，服务器则会直接返回用户所需的资源，不会进行业务处理）。整个处理工程如下所示：

在实际的应用中，不同的请求可能会调用相同的处理逻辑。这里有着相同业务处理逻辑的 HTTP 请求可以用一类 URL 来标识。比如在我们的博客站点中，对于所有想要获取 Articles 内容的请求而言，可以用 articles/这类 URL 来表示，这里的 article_id 用以区分不同的 article。接着在后台定义一个 get_article(article_id)的函数，用来获取 article 相应的数据，此外还需要建立 URL 和函数之间的一一对应关系。这就是 Web 开发中所谓的路由分发 ，如下图所示：

在 Flask 中，使用 werkzeug 来做路由分发，werkzeug是Flask使用的底层WSGI库（WSGI，全称 Web Server Gateway interface，或者 Python Web Server Gateway Interface，是为 Python 语言定义的 Web 服务器和 Web 应用程序之间的一种简单而通用的接口）。

WSGI 将 Web 服务分成两个部分：服务器和应用程序。WGSI 服务器只负责与网络相关的两件事：接收浏览器的 HTTP 请求、向浏览器发送 HTTP 应答；而对 HTTP 请求的具体处理逻辑，则通过调用 WSGI 应用程序进行。WSGI 工作流程如下图所示：

在 Flask 中，路由分发的代码写起来十分简单，如下：

# 管理员注销页面@main.route('/logout')def logout():    dm = DataManager()    currentUsers = dm.getUsers('0')    print(currentUsers[0])    return render_template('currentUsers.html', users=currentUsers)

通过业务逻辑函数获得我们所需的数据后，服务器将会根据这些数据来生成 HTTP 响应（对于 Web 应用来说，一般就是一个 HTML 文件，这个是可以直接被我们的客户端，即浏览器直接读取并解释的）。在 Web 开发中，常规的做法是将获取的数据传入 Web 应用提供的一个 HTML 模板文件中，经过模板系统的渲染后最终得到我们所需要的 HTML 响应文件。

一般情况下，虽然请求不同，但是响应中的数据的展示方式是相同的 ，通俗点说就是除了我们请求获得的数据不一样外，其他都是一样的，那么我们就可以设计一个模板（除了数据内容可以改动，其他都是固定的 HTML 文件）。我们以博客站点为例，对不同 article 而言，其具体 article content 虽然不同，但页面展示的内容除了请求的数据外都是一样的，都有标题拦，内容栏等。也就是说，对于 article 来说，我们只需提供一个 HTML 模板，然后传入不同 article 数据，即可得到不同的 HTTP 响应。这就是所谓的模板渲染 ，如下图所示：

在 Flask 中使用 Jinja2 模板渲染引擎来做模板渲染（Jinja2 是基于 python 的模板引擎，功能比较类似于于 PHP 的 smarty，J2ee 的 Freemarker 和 velocity。它能完全支持 unicode，并具有集成的沙箱执行环境，应用广泛。jinja2 使用 BSD 授权）。Jinja2 的工作流程如下图所示：

在 Flask 中，模板渲染的代码写起来也是十分的便捷，代码如下：

@app.route('/articles/<int:article_id>/') defget_article(article_id):returnrender_template('path/to/template.html', data_needed)

在Flask中，我们处理一个请求的流程就是，首先根据用户提交的 URL 来决定由哪个业务逻辑函数来处理，然后在函数中进行操作，取得所需的数据。再将取得的数据传给相应的模板文件中，由 Jinja2 负责渲染得到 HTTP 响应内容，即 HTTP 响应的 HTML 文件，然后由 Flask 返回响应内容。

三、实例项目

下面主要以实例项目对 Flask 运行原理做一简要解析。在实例项目中，使用到了程序工厂函数和蓝本。项目目录结构如下：

在 manager.py 文件中，定义了项目启动的入口函数：

# 确保服务器只会在该脚本被 Python 解释器直接执行的时候才会运行，而不是作为模块导入的时候。if __name__ == '__main__':    # 启用cmd命令行    # manager.run()    app.run(host='0.0.0.0', port=9000, debug=True)

同时，在该文件中创建了工厂方法实例：

  app = create_app()

在工程方法中，对数据库进行了相关配置，创建了前端导航栏，同时对所创建的蓝本进行了注册。在创建的蓝本中主要涉及授权、路由及错误处理模块。

# 构造工厂方法def create_app():    # 在这里__name__ == __main__    app = Flask(__name__)    app.url_map.converters['regex'] = RegexConverter    # 防止跨站攻击 注：为了增强安全性，密钥不应直接写入代码，而应该保存在环境变量中    # app.config['SECRET_KEY'] = 'hard to guess string SUNNY2017'    # app.secret_key = 'Sunny123456'
    # flask提供的读取外部文件    app.config.from_pyfile('config')
    # basedir = os.path.abspath(os.path.dirname(__file__))    # print(basedir)
    # 配置数据库连接    app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'mysql+pymysql://lmapp:lmapp@localhost/smp'    app.config['SQLALCHEMY_COMMIT_ON_TEARDOWN'] = True    app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True
    nav.register_element('top', Navbar(u'APP安盾',                                       View(u'当前在线', 'main.index'),                                       View(u'全部用户', 'main.all_users'),                                       View(u'注销', 'main.logout'),                                       View(u'修改密码', 'main.chgpwd'),                                       ))    nav.init_app(app)    db.init_app(app)    bootstrap.init_app(app)    # init_views(app)    from .auth import auth as auth_blueprint    from .main import main as main_blueprint    # 注册蓝本 url_prefix='/auth'    app.register_blueprint(auth_blueprint,)    app.register_blueprint(main_blueprint, static_folder='static')    return app