python 编写Web框架

Posted 2020-09-30

在正式开始Web开发前，我们需要编写一个Web框架。

aiohttp已经是一个Web框架了，为什么我们还需要自己封装一个？

原因是从使用者的角度来说，aiohttp相对比较底层，编写一个URL的处理函数需要这么几步：

第一步，编写一个用@asyncio.coroutine装饰的函数：

@asyncio.coroutine
def handle_url_xxx(request):
    pass

第二步，传入的参数需要自己从request中获取：

url_param = request.match_info[‘key‘]
query_params = parse_qs(request.query_string)

最后，需要自己构造Response对象：

text = render(‘template‘, data)
return web.Response(text.encode(‘utf-8‘))

这些重复的工作可以由框架完成。例如，处理带参数的URL/blog/{id}可以这么写：

@get(‘/blog/{id}‘)
def get_blog(id):
    pass

处理query_string参数可以通过关键字参数**kw或者命名关键字参数接收：

@get(‘/api/comments‘)
def api_comments(*, page=‘1‘):
    pass

对于函数的返回值，不一定是web.Response对象，可以是str、bytes或dict。

如果希望渲染模板，我们可以这么返回一个dict：

return {
    ‘__template__‘: ‘index.html‘,
    ‘data‘: ‘...‘
}

因此，Web框架的设计是完全从使用者出发，目的是让使用者编写尽可能少的代码。

编写简单的函数而非引入request和web.Response还有一个额外的好处，就是可以单独测试，否则，需要模拟一个request才能测试。

@get和@post

要把一个函数映射为一个URL处理函数，我们先定义@get()：

def get(path):
    ‘‘‘
    Define decorator @get(‘/path‘)
    ‘‘‘
    def decorator(func):
        @functools.wraps(func)
        def wrapper(*args, **kw):
            return func(*args, **kw)
        wrapper.__method__ = ‘GET‘
        wrapper.__route__ = path
        return wrapper
    return decorator

这样，一个函数通过@get()的装饰就附带了URL信息。

@post与@get定义类似。

定义RequestHandler

URL处理函数不一定是一个coroutine，因此我们用RequestHandler()来封装一个URL处理函数。

RequestHandler是一个类，由于定义了__call__()方法，因此可以将其实例视为函数。

RequestHandler目的就是从URL函数中分析其需要接收的参数，从request中获取必要的参数，调用URL函数，然后把结果转换为web.Response对象，这样，就完全符合aiohttp框架的要求：

class RequestHandler(object):

    def __init__(self, app, fn):
        self._app = app
        self._func = fn
        ...

    @asyncio.coroutine
    def __call__(self, request):
        kw = ... 获取参数
        r = yield from self._func(**kw)
        return r

再编写一个add_route函数，用来注册一个URL处理函数：

def add_route(app, fn):
    method = getattr(fn, ‘__method__‘, None)
    path = getattr(fn, ‘__route__‘, None)
    if path is None or method is None:
        raise ValueError(‘@get or @post not defined in %s.‘ % str(fn))
    if not asyncio.iscoroutinefunction(fn) and not inspect.isgeneratorfunction(fn):
        fn = asyncio.coroutine(fn)
    logging.info(‘add route %s %s => %s(%s)‘ % (method, path, fn.__name__, ‘, ‘.join(inspect.signature(fn).parameters.keys())))
    app.router.add_route(method, path, RequestHandler(app, fn))

最后一步，把很多次add_route()注册的调用：

add_route(app, handles.index)
add_route(app, handles.blog)
add_route(app, handles.create_comment)
...

变成自动扫描：

# 自动把handler模块的所有符合条件的函数注册了:
add_routes(app, ‘handlers‘)

add_routes()定义如下：

def add_routes(app, module_name):
    n = module_name.rfind(‘.‘)
    if n == (-1):
        mod = __import__(module_name, globals(), locals())
    else:
        name = module_name[n+1:]
        mod = getattr(__import__(module_name[:n], globals(), locals(), [name]), name)
    for attr in dir(mod):
        if attr.startswith(‘_‘):
            continue
        fn = getattr(mod, attr)
        if callable(fn):
            method = getattr(fn, ‘__method__‘, None)
            path = getattr(fn, ‘__route__‘, None)
            if method and path:
                add_route(app, fn)

最后，在app.py中加入middleware、jinja2模板和自注册的支持：

app = web.Application(loop=loop, middlewares=[
    logger_factory, response_factory
])
init_jinja2(app, filters=dict(datetime=datetime_filter))
add_routes(app, ‘handlers‘)
add_static(app)

middleware

middleware是一种拦截器，一个URL在被某个函数处理前，可以经过一系列的middleware的处理。

一个middleware可以改变URL的输入、输出，甚至可以决定不继续处理而直接返回。middleware的用处就在于把通用的功能从每个URL处理函数中拿出来，集中放到一个地方。例如，一个记录URL日志的logger可以简单定义如下：

@asyncio.coroutine
def logger_factory(app, handler):
    @asyncio.coroutine
    def logger(request):
        # 记录日志:
        logging.info(‘Request: %s %s‘ % (request.method, request.path))
        # 继续处理请求:
        return (yield from handler(request))
    return logger

而response这个middleware把返回值转换为web.Response对象再返回，以保证满足aiohttp的要求：

@asyncio.coroutine
def response_factory(app, handler):
    @asyncio.coroutine
    def response(request):
        # 结果:
        r = yield from handler(request)
        if isinstance(r, web.StreamResponse):
            return r
        if isinstance(r, bytes):
            resp = web.Response(body=r)
            resp.content_type = ‘application/octet-stream‘
            return resp
        if isinstance(r, str):
            resp = web.Response(body=r.encode(‘utf-8‘))
            resp.content_type = ‘text/html;charset=utf-8‘
            return resp
        if isinstance(r, dict):
            ...

有了这些基础设施，我们就可以专注地往handlers模块不断添加URL处理函数了，可以极大地提高开发效率。

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