django框架--底層架構

摘要： 目錄 二、對於wsgi協議的理解 三、自定義一個簡單的基於wsgi協議的web框架 四、django中的server實現 五、django中的application實現 六、django的底層呼叫鏈 零、參考 ht...

目錄

• 二、對於wsgi協議的理解
• 三、自定義一個簡單的基於wsgi協議的web框架
• 四、django中的server實現
• 五、django中的application實現
• 六、django的底層呼叫鏈

零、參考

一、對於web服務的理解

web 服務應該至少包含兩個模組： web 伺服器和 web 應用程式，兩個模組在功能和程式碼上解耦。

web 伺服器負責處理 socket 呼叫、 http 資料解析和封裝等底層操作。

web 應用程式負責業務處理、資料增刪改查、頁面渲染/生成等高層操作。

web 伺服器一旦接收到 http 請求，經過自身的解析後就會呼叫 web 應用程式來處理業務邏輯，並得到 web 應用程式的返回值，再經過自身的封裝傳送給客戶端。

二、對於wsgi協議的理解

在 web 伺服器和 web 應用程式之間需要定義一個介面規則，這也叫協議，用於明確兩者之間以什麼樣的形式互動資料。即： web 伺服器應該以什麼樣的形式呼叫web應用程式，而 web 應用程式又應該定義成什麼形式。

python 下規定的 web 服務的介面規則叫做 wsgi ， wsgi 協議對於 server 和 application 的介面定義如下：

對於 server 呼叫規則的定義：

response = application(environ, start_response)

對於 application 介面編碼的定義：

def application(environ, start_response):
status = '200 OK'
response_headers = [('Content-Type', 'text/plain'),]
start_response(status, response_headers)

return [b'hello',]

只要是遵從如上形式進一步封裝 server 和 application 的，均稱為實現了 wsgi 協議的 server/application 。

python 內建提供了一個 wsigref 模組用於提供 server ，但是隻能用於開發測試， django 框架就是使用此模組作為它的 server 部分，也就說，實際生產中的 server 部分，還需要使用其他模組來實現。

任何 web 框架，可能沒有實現 server 部分或者只實現一個簡單的 server ，但是， web 框架肯定實現了 application 部分。 application 部分完成了對一次請求的全流程處理 ，其中各環節都可以提供豐富的功能，比如請求和響應物件的封裝、 model/template 的實現、中介軟體的實現等，讓我們可以更加細粒度的控制請求/響應的流程。

三、自定義一個簡單的基於wsgi協議的web框架

django 框架的 server 部分由 python 內建的 wsgiref 模組提供，我們只需要編寫 application 應用程式部分。

from wsgiref.simple_server import make_server

def app(environ, start_response):# wsgi協議規定的application部分的編碼形式，可在此基礎上擴充套件
status = '200 OK'
respones_headers = []

start_response(status, response_headers)
return [b'hello',]

if __name__ == '__main__':
httpd = make_server('127.0.0.1', 8080, app)
httpd.serve_forever()

四、django中的server實現

django 使用的底層 server 模組是基於 python 內建的 wsgiref 模組中的 simple_server ，每次 django 的啟動都會執行如下 run 函式。 run 函式中會執行 serve_forever ，此步驟將會啟動 socket_server 的無限迴圈，此時就可以迴圈提供請求服務，每次客戶端請求到來，服務端就執行 django 提供的 application 模組。

django 中 server 的啟動---- django.core.servers.basehttp.py

"""
HTTP server that implements the Python WSGI protocol (PEP 333, rev 1.21).

Based on wsgiref.simple_server which is part of the standard library since 2.5.

This is a simple server for use in testing or debugging Django apps. It hasn't
been reviewed for security issues. DON'T USE IT FOR PRODUCTION USE!
"""

def run(addr, port, wsgi_handler, ipv6=False, threading=False, server_cls=WSGIServer):
server_address = (addr, port)
if threading:
httpd_cls = type('WSGIServer', (socketserver.ThreadingMixIn, server_cls), {})
else:
httpd_cls = server_cls
httpd = httpd_cls(server_address, WSGIRequestHandler, ipv6=ipv6)
if threading:
# ThreadingMixIn.daemon_threads indicates how threads will behave on an
# abrupt shutdown; like quitting the server by the user or restarting
# by the auto-reloader. True means the server will not wait for thread
# termination before it quits. This will make auto-reloader faster
# and will prevent the need to kill the server manually if a thread
# isn't terminating correctly.
httpd.daemon_threads = True
httpd.set_app(wsgi_handler)
httpd.serve_forever()

底層無限迴圈將作為 web 服務的主要驅動---- socektserver.py

def serve_forever(self, poll_interval=0.5):
"""Handle one request at a time until shutdown.

Polls for shutdown every poll_interval seconds. Ignores
self.timeout. If you need to do periodic tasks, do them in
another thread.
"""
self.__is_shut_down.clear()
try:
# XXX: Consider using another file descriptor or connecting to the
# socket to wake this up instead of polling. Polling reduces our
# responsiveness to a shutdown request and wastes cpu at all other
# times.
with _ServerSelector() as selector:
selector.register(self, selectors.EVENT_READ)

while not self.__shutdown_request:
ready = selector.select(poll_interval)
if ready:
self._handle_request_noblock()

self.service_actions()
finally:
self.__shutdown_request = False
self.__is_shut_down.set()

server 對於 application 的呼叫---- wsgiref.handlers.py

def run(self, application):
"""Invoke the application"""
# Note to self: don't move the close()!Asynchronous servers shouldn't
# call close() from finish_response(), so if you close() anywhere but
# the double-error branch here, you'll break asynchronous servers by
# prematurely closing.Async servers must return from 'run()' without
# closing if there might still be output to iterate over.
try:
self.setup_environ()
self.result = application(self.environ, self.start_response)
self.finish_response()
except:
try:
self.handle_error()
except:
# If we get an error handling an error, just give up already!
self.close()
raise# ...and let the actual server figure it out.

五、django中的application實現

django 的 application 模組是通過 WSGIHandler 的一個例項來提供的，此例項可以被 call ，然後根據 wsgi 的介面規則傳入 environ 和 start_response 。所以本質上， django 就是使用的內建 python 提供的 wsgiref.simple_server 再對 application 進行豐富的封裝。大部分的 django 編碼工作都在 application 部分。

application 的編碼定義部分---- django.core.handlers.wsgi.py

class WSGIHandler(base.BaseHandler):
request_class = WSGIRequest

def __init__(self, *args, **kwargs):
super().__init__(*args, **kwargs)
self.load_middleware()

def __call__(self, environ, start_response):
set_script_prefix(get_script_name(environ))
signals.request_started.send(sender=self.__class__, environ=environ)
request = self.request_class(environ)
response = self.get_response(request)

response._handler_class = self.__class__

status = '%d %s' % (response.status_code, response.reason_phrase)
response_headers = list(response.items())
for c in response.cookies.values():
response_headers.append(('Set-Cookie', c.output(header='')))
start_response(status, response_headers)
if getattr(response, 'file_to_stream', None) is not None and environ.get('wsgi.file_wrapper'):
response = environ['wsgi.file_wrapper'](response.file_to_stream)
return response

六、django的底層呼叫鏈

七、總結

web 服務是基於 socket 的高層服務，所以 web 服務必須含有 web 伺服器這一模組。

web 服務需要動態渲染資料，需要中介軟體來豐富功能，需要封裝和解析來處理資料，所以 web 服務必須含有 web 應用程式這一模組。

web 框架是一種工具集，封裝了各種功能的底層程式碼，提供給我們方便開發的介面。但不論是哪一種框架，它們的底層原理基本都是一致的。

應該深入學習、研究一個 web 框架，精通一門框架的實現原理和設計理念。