Python基础入门自学——21--WEB开发

Posted 2021-09-06 kaoa000

B/S架构已经是最流行的开发架构，必须学一学。

HTTP协议——在Web应用中，服务器把网页传给浏览器，实际上就是把网页的html代码发送给浏览器，让浏览器显示出来。而浏览器和服务器之间的传输协议是HTTP，所以：

HTML是一种用来定义网页的文本，会HTML，就可以编写网页；
HTTP是在网络上传输HTML的协议，用于浏览器和服务器的通信。

WSGI接口

了解了HTTP协议和HTML文档，其实就明白了一个Web应用的本质就是：

浏览器发送一个HTTP请求；
服务器收到请求，生成一个HTML文档；
服务器把HTML文档作为HTTP响应的Body发送给浏览器；
浏览器收到HTTP响应，从HTTP Body取出HTML文档并显示。

所以，最简单的Web应用就是先把HTML用文件保存好，用一个现成的HTTP服务器软件，接收用户请求，从文件中读取HTML，返回。Apache、nginx、Lighttpd等这些常见的静态服务器就是干这件事情的。

如果要动态生成HTML，就需要把上述步骤自己来实现。不过，接受HTTP请求、解析HTTP请求、发送HTTP响应都是苦力活。

正确的做法是底层代码由专门的服务器软件实现，我们用Python专注于生成HTML文档。因为我们不希望接触到TCP连接、HTTP原始请求和响应格式，所以，需要一个统一的接口，让我们专心用Python编写Web业务。

这个接口就是WSGI：Web Server Gateway Interface。

WSGI接口定义非常简单，它只要求Web开发者实现一个函数，就可以响应HTTP请求。一个最简单的Web版本的“Hello, web!”：

def application(environ,start_response):
    start_response("200 OK",[('Content-Type','text/html')])
    return [b'<h1>Hello,web!</h1>']

application()函数就是符合WSGI标准的一个HTTP处理函数，它接收两个参数：
environ：一个包含所有HTTP请求信息的dict对象；
start_response：一个发送HTTP响应的函数。
在application()函数中，调用：
start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
就发送了HTTP响应的Header，注意Header只能发送一次，也就是只能调用一次start_response()函数。start_response()函数接收两个参数，一个是HTTP响应码，一个是一组list表示的HTTP Header，每个Header用一个包含两个str的tuple表示。
通常情况下，都应该把Content-Type头发送给浏览器。其他很多常用的HTTP Header也应该发送。然后，函数的返回值b'<h1>Hello, web!</h1>'将作为HTTP响应的Body发送给浏览器。
有了WSGI，我们关心的就是如何从environ这个dict对象拿到HTTP请求信息，然后构造HTML，通过start_response()发送Header，最后返回Body。
整个application()函数本身没有涉及到任何解析HTTP的部分，也就是说，底层代码不需要我们自己编写，我们只负责在更高层次上考虑如何响应请求就可以了。

不过，这个application()函数怎么调用？如果自己调用，两个参数environ和start_response没法提供，返回的bytes也没法发给浏览器。

所以application()函数必须由WSGI服务器来调用。有很多符合WSGI规范的服务器，现在只想尽快测试一下编写的application()函数真的可以把HTML输出到浏览器，所以，找一个最简单的WSGI服务器，把Web应用程序跑起来。

好消息是Python内置了一个WSGI服务器，这个模块叫wsgiref，它是用纯Python编写的WSGI服务器的参考实现。所谓“参考实现”是指该实现完全符合WSGI标准，但是不考虑任何运行效率，仅供开发和测试使用。

运行WSGI服务

先编写hello.py，实现Web应用程序的WSGI处理函数：

再编写一个server.py，负责启动WSGI服务器，加载application()函数：

 

确保以上两个文件在同一个目录下，然后在命令行输入python server.py来启动WSGI服务器：

 

启动成功后，打开浏览器，输入http://localhost:8000/，就可以看到结果了：

在命令行可以看到wsgiref打印的log信息：

 按Ctrl+C终止服务器。

如果觉得这个Web应用太简单了，可以稍微改造一下，从environ里读取PATH_INFO，这样可以显示更加动态的内容： 

打印一下environ，具有如下的key：

ALLUSERSPROFILE
APPDATA
COMMONPROGRAMFILES
COMMONPROGRAMFILES(X86)
COMMONPROGRAMW6432
COMPUTERNAME
COMSPEC
C_EM64T_REDIST11
FP_NO_HOST_CHECK
HOMEDRIVE
HOMEPATH
IDEA_INITIAL_DIRECTORY
LOCALAPPDATA
LOGONSERVER
NLS_LANG
NUMBER_OF_PROCESSORS
ORACLE_HOME
OS
PATH
PATHEXT
PROCESSOR_ARCHITECTURE
PROCESSOR_IDENTIFIER
PROCESSOR_LEVEL
PROCESSOR_REVISION
PROGRAMDATA
PROGRAMFILES
PROGRAMFILES(X86)
PROGRAMW6432
PROMPT
PSMODULEPATH
PUBLIC
PYCHARM_DISPLAY_PORT
PYCHARM_HOSTED
PYTHONIOENCODING
PYTHONPATH
PYTHONUNBUFFERED
SESSIONNAME
SYSTEMDRIVE
SYSTEMROOT
TEMP
TMP
TNS_ADMIN
USERDOMAIN
USERNAME
USERPROFILE
VBOX_MSI_INSTALL_PATH
VIRTUAL_ENV
WINDIR
WINDOWS_TRACING_FLAGS
WINDOWS_TRACING_LOGFILE
_OLD_VIRTUAL_PATH
_OLD_VIRTUAL_PROMPT
SERVER_NAME
GATEWAY_INTERFACE
SERVER_PORT
REMOTE_HOST
CONTENT_LENGTH
SCRIPT_NAME
SERVER_PROTOCOL
SERVER_SOFTWARE
REQUEST_METHOD
PATH_INFO
QUERY_STRING
REMOTE_ADDR
CONTENT_TYPE
HTTP_HOST
HTTP_CONNECTION
HTTP_UPGRADE_INSECURE_REQUESTS
HTTP_USER_AGENT
HTTP_ACCEPT
HTTP_ACCEPT_ENCODING
HTTP_ACCEPT_LANGUAGE
wsgi.input
wsgi.errors
wsgi.version
wsgi.run_once
wsgi.url_scheme
wsgi.multithread
wsgi.multiprocess
wsgi.file_wrapper

  无论多么复杂的Web应用程序，入口都是一个WSGI处理函数。HTTP请求的所有输入信息都可以通过environ获得，HTTP响应的输出都可以通过start_response()加上函数返回值作为Body。

复杂的Web应用程序，光靠一个WSGI函数来处理还是太底层了，我们需要在WSGI之上再抽象出Web框架，进一步简化Web开发。

使用Web框架

了解了WSGI框架，发现：其实一个Web App，就是写一个WSGI的处理函数，针对每个HTTP请求进行响应。

 如何处理HTTP请求不是问题，问题是如何处理100个不同的URL。每一个URL可以对应GET和POST请求，当然还有PUT、DELETE等请求，但是通常只考虑最常见的GET和POST请求。

一个最简单的想法是从environ变量里取出HTTP请求的信息，然后逐个判断：

def application(environ, start_response):
    method = environ['REQUEST_METHOD']
    path = environ['PATH_INFO']
    if method=='GET' and path=='/':
        return handle_home(environ, start_response)
    if method=='POST' and path='/signin':
        return handle_signin(environ, start_response)
    ...
只是这么写下去代码是肯定没法维护了。原因是因为WSGI提供的接口虽然比HTTP接口高级了不少，但和Web App的处理逻辑比，还是比较低级，我们需要在WSGI接口之上能进一步抽象，让我们专注于用一个函数处理一个URL，至于URL到函数的映射，就交给Web框架来做。

 一个比较流行的Web框架——Flask：

安装：

写一个app.py，处理3个URL，分别是：

GET /：首页，返回Home；
GET /signin：登录页，显示登录表单；
POST /signin：处理登录表单，显示登录结果。

注意，同一个URL/signin分别有GET和POST两种请求，映射到两个处理函数中。

Flask通过Python的装饰器在内部自动地把URL和函数给关联起来，所以，写出来的代码就像这样：

 

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding:utf-8 -*-

from flask import Flask
from flask import request

app = Flask(__name__)

@app.route('/',methods = ['GET','POST'])
def home():
    return '<h1>Home</h1>'

@app.route('/signin',methods = ['GET'])
def signin_form():
    return '''<form action="/signin" method="post">
              <p><input name="username"></p>
              <p><input name="password" type="password"></p>
              <p><button type="submit"> Sign In</button></p>
              </form>'''

@app.route('/signin',methods = ['POST'])
def signin():
    # 需要从request对象读取表单内容
    if request.form['username']=='admin' and request.form['password']=='password':
        return '<h3>Hello,admin!</h3>'
    return '<h3> Bad username or password.</h3>'

if __name__ == '__main__':
    app.run()

运行python app.py，Flask自带的Server在端口5000上监听：

 打开浏览器，输入首页地址http://localhost:5000/：

在浏览器地址栏输入http://localhost:5000/signin，会显示登录表单：

输入预设的用户名admin和口令password，登录成功：

 输入其他错误的用户名和口令，登录失败：

服务器端打印信息：

 实际的Web App应该拿到用户名和口令后，去数据库查询再比对，来判断用户是否能登录成功。

除了Flask，常见的Python Web框架还有：
Django：全能型Web框架；
web.py：一个小巧的Web框架；
Bottle：和Flask类似的Web框架；
Tornado：Facebook的开源异步Web框架。

 有了Web框架，在编写Web应用时，注意力就从WSGI处理函数转移到URL+对应的处理函数，这样，编写Web App就更加简单了。

在编写URL处理函数时，除了配置URL外，从HTTP请求拿到用户数据也是非常重要的。Web框架都提供了自己的API来实现这些功能。Flask通过request.form['name']来获取表单的内容。

 使用模板

Web框架把我们从WSGI中拯救出来了。现在，只需要不断地编写函数，带上URL，就可以继续Web App的开发了。

但是，Web App不仅仅是处理逻辑，展示给用户的页面也非常重要。在函数中返回一个包含HTML的字符串，简单的页面还可以，多达成百上千行的HTML就很难做到了。

Python工程师必须要懂前端技术。Web App最复杂的部分就在HTML页面。HTML不仅要正确，还要通过CSS美化，再加上复杂的javascript脚本来实现各种交互和动画效果。总之，生成HTML页面的难度很大。

由于在Python代码里拼字符串是不现实的，所以，模板技术出现了。

使用模板，需要预先准备一个HTML文档，这个HTML文档不是普通的HTML，而是嵌入了一些变量和指令，然后，根据传入的数据，替换后，得到最终的HTML，发送给用户：

 

 

 

这就是MVC：Model-View-Controller，中文名“模型-视图-控制器”。

Python处理URL的函数就是C：Controller，Controller负责业务逻辑，比如检查用户名是否存在，取出用户信息等等；

包含变量{{name}}的模板就是V：View，View负责显示逻辑，通过简单地替换一些变量，View最终输出的就是用户看到的HTML。

MVC中的Model在哪？Model是用来传给View的，这样View在替换变量的时候，就可以从Model中取出相应的数据。

上面的例子中，Model就是一个dict：{ 'name': 'Michael' }
只是因为Python支持关键字参数，很多Web框架允许传入关键字参数，然后，在框架内部组装出一个dict作为Model。

现在，把上次直接输出字符串作为HTML的例子用MVC模式改写一下：

Flask通过render_template()函数来实现模板的渲染。和Web框架类似，Python的模板也有很多种。Flask默认支持的模板是jinja2，所以先安装jinja2：

编写jinja2模板：

 登录失败的模板呢？在form.html中加了一点条件判断，把form.html重用为登录失败的模板。

最后，一定要把模板放到正确的templates目录下，templates和app.py在同级目录下：

 

如果输入不正确，登录失败重新回到form.html

登录成功：

 通过MVC，在Python代码中处理M：Model和C：Controller，而V：View是通过模板处理的，这样，就成功地把Python代码和HTML代码最大限度地分离了。

使用模板的另一大好处是，模板改起来很方便，而且，改完保存后，刷新浏览器就能看到最新的效果，这对于调试HTML、CSS和JavaScript的前端工程师来说实在是太重要了。

在Jinja2模板中，用{{ name }}表示一个需要替换的变量。很多时候，还需要循环、条件判断等指令语句，在Jinja2中，用{% ... %}表示指令。

 {% for i in page_list %}
    <a href="/page/{{ i }}">{{ i }}</a>
{% endfor %}
如果page_list是一个list：[1, 2, 3, 4, 5]，上面的模板将输出5个超链接。

除了Jinja2，常见的模板还有：

Mako：用<% ... %>和${xxx}的一个模板；
Cheetah：也是用<% ... %>和${xxx}的一个模板；
Django：Django是一站式框架，内置一个用{% ... %}和{{ xxx }}的模板。