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Python 建立Web網站之Web伺服器與Web框架

高洛峰

Feb 22, 2017 am 10:58 AM

之前用 Django 做過一個小的站點，感覺Django太過笨重，於是就準備換一個比較輕量級的 Web 框架來玩玩。 Web.py 作者已經掛掉，專案好久沒有更新，所以不準備用它。而 Flask 也是一個成熟的輕量級 Web 框架，在 github 上有眾多的 Star 和 Fork，文件和擴充功能也很豐富，值得學習。

學習框架最好的方式就是用框架做一個項目，在實戰中理解掌握框架。這裡我用 Flask 框架，使用 Mysql 資料庫做了一個論壇系統。麻雀雖小，五臟俱全，論壇效果圖如下：

Python 搭建Web站点之Web服务器与Web框架

論壇系統截圖

#下面是論壇的基本功能：

##完整的用戶模組(註冊、登錄，更改、找回密碼、資訊修改、站內訊息通知); 豐富的論壇模組(創建、回复話題，站內搜索，markdown支持，@user 提醒); 強大的後台管理，支持屏蔽使用者、主題、評論，支持各種條件搜尋主題、評論;

本部落格將會用一系列文章，記錄論壇系統搭建的過程，希望對剛入門Web開發的同學有所幫助。

我們常聽說Django, Flask 這些python 語言的Web 框架，那麼框架到底是什麼，Web框架和Web伺服器(Nginx, Apache等)有什麼區別?離開框架還能用Python 搭建Web站點?要解決這些疑問，我們有必要來理解下Web 伺服器的工作原理，以及Web 框架的本質。

Web 伺服器

當我們在瀏覽器輸入URL後，瀏覽器會先請求 DNS伺服器，取得請求網站的 IP 位址。然後發送一個HTTP Request(請求)給擁有該 IP 的主機，接著就會接收到伺服器給我們的 HTTP Response(回應)，瀏覽器經過渲染後，以一種較好的效果呈現給我們。這個過程中，正是Web伺服器在幕後默默做出貢獻。

簡單來說，Web伺服器是在運行在實體伺服器上的程序，它永久地等待客戶端(主要是瀏覽器，例如Chrome，Firefox等)發送請求。當收到請求之後，它會產生相應的回應並將其返回至客戶端。 Web伺服器透過HTTP協定與客戶端通信，因此也稱為HTTP伺服器。

Python 搭建Web站点之Web服务器与Web框架

Web 伺服器

Web伺服器的工作原理並不複雜，一般可分成以下4個步驟：建立連線、請求過程、應答過程以及關閉連線。

建立連線：客戶機透過TCP/IP協定建立到伺服器的TCP連線。請求流程：客戶端向伺服器傳送HTTP協定請求包，請求伺服器裡的資源文件。應答過程：伺服器向客戶機發送HTTP協定應答包，如果請求的資源包含有動態語言的內容，那麼伺服器會呼叫動態語言的解釋引擎負責處理“動態內容”，並將處理得到的資料傳回給客戶端。由客戶端解釋HTML文檔，在客戶端螢幕上渲染圖形結果。關閉連線：客戶機與伺服器斷開。

下面我們實作一個簡單的 Web 伺服器。執行範例程式後，會監聽本機連接埠 8000，在瀏覽器造訪 http://www.php.cn/:8000 就能看到回應內容。而我們的程式也能夠列印出客戶端寄來的請求內容，如下圖：

Python 搭建Web站点之Web服务器与Web框架

簡單Web伺服器

這裡Request 和Response 都需要遵守HTTP 協議，關於HTTP 協議的詳細內容，可以讀讀《HTTP 權威指南》，或看我整理的HTTP 部分內容。

雖然說web伺服器的主要工作是根據request返回response，但是實際中的Web 伺服器遠遠比上面範例的複雜的多，因為要考慮的因素實在是太多了，例如：

快取機制：講一些經常被存取的頁面快取起來，提高回應速度; 安全性：防止駭客的各種攻擊，例如SYN Flood 攻擊; 並發處理：如何回應不同客戶端同時發起的請求; 日誌：記錄訪問日至，方便做一些分析。

目前在UNIX和LINUX平台下使用最廣泛的免費 Web 伺服器有Apache和 Nginx 。

Web 應用程式

Web 伺服器接受 Http Request，返回 Response，很多時候 Response 並不是靜態文件，因此需要有一個應用程式根據 Request 產生相應的 Response。這裡的應用程式主要用來處理相關業務邏輯，讀取或更新資料庫，根據不同 Request 傳回對應的 Response。注意這裡並不是 Web 伺服器本身來做這件事，它只負責 Http 協定層面和一些諸如並發處理，安全，日誌等相關的事情。

應用程式可以用各種語言編寫(Java, PHP, Python, Ruby等)，這個應用程式會從Web伺服器接收客戶端的請求，處理完成後，再回傳回應網路伺服器，最後由Web伺服器傳回給客戶端。整個架構如下：

Python 搭建Web站点之Web服务器与Web框架

Web應用程式

以Python 為例，使用Python開發Web，最原始且直接的辦法是使用CGI標準，在1998年這種方式很流行。首先確保Web 伺服器支援CGI及已經配置了CGI的處理程序，然後設定好CGI目錄，在目錄裡面添加相應的python 文件，每一個python 文件處理相應輸入，生成一個html 文件即可，如下例：

# !/usr/bin/python 
# -*- coding: UTF-8 -*- 
print "Content-type:text/html" 
print # 空行，告诉服务器结束头部 
print &#39;<html>&#39; 
print &#39;<head>&#39; 
print &#39;<meta charset="utf-8">&#39; 
print &#39;</head>&#39; 
print &#39;<body>&#39; 
print &#39;<h2 id="Hello-nbsp-Word-nbsp-我是一个CGI程序">Hello Word! 我是一个CGI程序</h2>&#39; 
print &#39;</body>&#39; 
print &#39;</html>&#39;

這樣在瀏覽器存取該檔案就可以得到一個簡單的Hello World 網頁內容。直接透過 CGI 寫入 Web 應用程式看起來很簡單，每個檔案處理輸入，產生html。但是在實際開發中，可能會遇到許多不方便的地方。例如：

每個獨立的CGI腳本可能會重複寫資料庫連接，關閉的程式碼; 後端開發者會看到一堆Content-Type 等和自己無關的html 頁面元素; Web框架

早期開發網站確做了許多重複性勞動，後來為了減少重複，避免寫出龐雜，混亂的程式碼，人們將Web 開發的關鍵性過程提取出來，開發出了各種Web 框架。有了框架，就可以專注於編寫清晰、易於維護的程式碼，無需關心資料庫連接之類的重複性工作。

其中一個比較經典的Web框架採用了MVC 架構，如下圖所示：

Python 搭建Web站点之Web服务器与Web框架

MVC 架構

使用者輸入URL，客戶端發送請求，控制器(Controller)首先會拿到請求，然後用模型(Models)從資料庫取出所有需要的數據，進行必要的處理，將處理後的結果傳送給視圖(View)，視圖利用取得到的數據，進行渲染產生Html Response回傳給客戶端。

以 python web 框架 flask 為例，框架本身並不限定我們用哪種架構來組織我們的應用，不過 flask 可以很好地支援以 MVC 方式組織應用。

控制器：flask 可以用裝飾器來新增路由項，如下：

@app.route(&#39;/&#39;) 
def main_page(): 
  pass

模型：主要用來取出所需的數據，如下面函數中操作：

@app.route(&#39;/&#39;) 
def main_page(): 
  """Searches the database for entries, then displays them.""" 
  db = get_db() 
  cur = db.execute(&#39;select * from entries order by id desc&#39;) 
  entries = cur.fetchall() 
  return render_template(&#39;index.html&#39;, entries=entries)

視圖：flask 利用jinja2 來渲染頁面，下面的模版檔案指定了頁面的樣式：

{% for entry in entries %} 
<li> 
 <h2 id="nbsp-entry-title-nbsp">{{ entry.title }}</h2> 
 <p>{{ entry.text|safe }}</p> 
</li> 
{% else %} 
<li><em>No entries yet. Add some!</em></li> 
{% endfor %}

我們知道Python有著許多的Web 框架，而同時又有著許多的Web 伺服器(Apache, Nginx, Gunicorn等)，框架和Web伺服器之間需要進行通信，如果在設計時它們之間不可以相互匹配的，那麼選擇了一個框架就會限制對Web 伺服器的選擇，這顯然是不合理的。

那麼，怎樣確保可以在不修改Web伺服器程式碼或網路框架程式碼的前提下，使用自己選擇的伺服器，並且匹配多個不同的網路框架呢?答案是接口，設計一套雙方都遵守的介面就可以了。對python來說，就是WSGI(Web Server Gateway Interface，Web伺服器網關介面)。其他程式語言也擁有類似的介面：例如Java的Servlet API和Ruby的Rack。

Python WSGI的出現，讓開發者可以將 Web 框架與 Web 伺服器的選擇分隔開來，不再互相限制。現在，你可以真正地將不同的 Web 伺服器與Web框架進行混搭，選擇滿足自己需求的組合。例如，可以使用 Gunicorn 或Nginx/uWSGI來運行Django、Flask或web.py應用。

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陳述

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