Flask源码复习之路由

Posted 2021-11-10 donghaoblogs

构建路由规则

一个 web 应用不同的路径会有不同的处理函数，路由就是根据请求的 URL 找到对应处理函数的过程。

在执行查找之前，需要有一个规则列表，它存储了 url 和处理函数的对应关系。最容易想到的解决方案就是定义一个字典，key 是 url，value 是对应的处理函数。如果 url 都是静态的（url 路径都是实现确定的，没有变量和正则匹配），那么路由的过程就是从字典中通过 url 这个 key ，找到并返回对应的 value；如果没有找到，就报 404 错误。而对于动态路由，还需要更复杂的匹配逻辑。flask 中的路由过程是这样的吗？这篇文章就来分析分析。

在分析路由匹配过程之前，我们先来看看 flask 中，构建这个路由规则的两种方法：
1 .通过 @app.route() decorator，比如文章开头给出的 hello world 例子

1. 通过 app.add_url_rule，这个方法的签名为 add_url_rule(self, rule, endpoint=None, view_func=None, **options)，参数的含义如下：
   rule： url 规则字符串，可以是静态的 /path，也可以包含 /
   endpoint：要注册规则的 endpoint，默认是 view_func 的名字
   view_func：对应 url 的处理函数，也被称为视图函数
   两种方法等价

# 1.装饰器
@app.route('/')
    def index():
        return 'Hello World‘
        
# 2.add_url_rule(rule, endpoint, f, **options)
def hello():
    return "hello, world!"
app.add_url_rule('/', 'hello', hello)

NOTE: 其实，还有一种方法来构建路由规则——直接操作 app.url_map 这个数据结构。不过这种方法并不是很常用，因此就不展开了。

注册路由规则的时候，flask 内部做了哪些东西呢？我们来看看 route 方法：

    def route(self, rule, **options):
        """A decorator that is used to register a view function for a
        given URL rule.  This does the same thing as :meth:`add_url_rule`
        but is intended for decorator usage::
            @app.route('/')
            def index():
                return 'Hello World‘
        """
        def decorator(f):
            endpoint = options.pop('endpoint', None)
            self.add_url_rule(rule, endpoint, f, **options)
            return f
        return decorator

通过闭包的形式传递参数给内部函数，route 方法内部也是调用 add_url_rule，只不过在外面包了一层装饰器的逻辑，这也验证了上面两种方法等价的说法。

def add_url_rule(self, rule, endpoint=None, view_func=None, **options):
    """Connects a URL rule.  Works exactly like the :meth:`route`
    decorator.  If a view_func is provided it will be registered with the
    endpoint.
    """

    methods = options.pop('methods', None)

    rule = self.url_rule_class(rule, methods=methods, **options)
    self.url_map.add(rule)
    if view_func is not None:
        old_func = self.view_functions.get(endpoint)
        if old_func is not None and old_func != view_func:
            raise AssertionError('View function mapping is overwriting an '
                                 'existing endpoint function: %s' % endpoint)
        self.view_functions[endpoint] = view_func

上面这段代码省略了处理 endpoint 和构建 methods 的部分逻辑，可以看到它主要做的事情就是更新 self.url_map 和self.view_functions 两个变量。找到变量的定义，发现 url_map 是 werkzeug.routeing:Map 类的对象，rule 是werkzeug.routing:Rule 类的对象，view_functions 就是一个字典。这和我们之前预想的并不一样，这里增加了 Rule 和 Map 的封装，还把 url 和 view_func 保存到了不同的地方。

需要注意的是：每个视图函数的 endpoint 必须是不同的，否则会报AssertionError。

werkzeug 路由逻辑

>>> m = Map([
...     Rule('/', endpoint='index'),
...     Rule('/downloads/', endpoint='downloads/index'),
...     Rule('/downloads/<int:id>', endpoint='downloads/show')
... ])
>>> urls = m.bind("example.com", "/")
>>> urls.match("/", "GET")
('index', {})
>>> urls.match("/downloads/42")
('downloads/show', {'id': 42})

>>> urls.match("/downloads")
Traceback (most recent call last):
  ...
RequestRedirect: http://example.com/downloads/
>>> urls.match("/missing")
Traceback (most recent call last):
  ...
NotFound: 404 Not Found

上面的代码演示了 werkzeug 最核心的路由功能：添加路由规则（也可以使用 m.add），把路由表绑定到特定的环境（m.bind），匹配url（urls.match）。正常情况下返回对应的 endpoint 名字和参数字典，可能报重定向或者 404 异常。

可以发现，endpoint 在路由过程中非常重要。werkzeug 的路由过程，其实是 url 到 endpoint 的转换：通过 url 找到处理该 url 的 endpoint。至于 endpoint 和 view function 之间的匹配关系，werkzeug 是不管的，而上面也看到 flask 是把这个存放到字典中的。

flask 路由实现
好，有了这些基础知识，我们回头看 dispatch_request，继续探寻路由匹配的逻辑：

def dispatch_request(self):
    """Does the request dispatching.  Matches the URL and returns the
    return value of the view or error handler.  This does not have to
    be a response object.  In order to convert the return value to a
    proper response object, call :func:`make_response`.
    """

    req = _request_ctx_stack.top.request
    if req.routing_exception is not None:
        self.raise_routing_exception(req)
    rule = req.url_rule

    # dispatch to the handler for that endpoint
    return self.view_functions[rule.endpoint](**req.view_args)

这个方法做的事情就是找到请求对象 request，获取它的 endpoint，然后从view_functions 找到对应 endpoint 的 view_func ，把请求参数传递过去，进行处理并返回。view_functions 中的内容，我们已经看到，是在构建路由规则的时候保存进去的；那请求中 req.url_rule 是什么保存进去的呢？它的格式又是什么？

我们可以先这样理解：_request_ctx_stack.top.request保存着当前请求的信息，在每次请求过来的时候，flask 会把当前请求的信息保存进去，这样我们就能在整个请求处理过程中使用它。至于怎么做到并发情况下信息不会相互干扰错乱
_request_ctx_stack中保存的是 RequestContext 对象，它出现在 flask/ctx.py文件中，和路由相关的逻辑如下：

class RequestContext(object):
    def __init__(self, app, environ, request=None):
        self.app = app
        self.request = request
        self.url_adapter = app.create_url_adapter(self.request)
        self.match_request()

    def match_request(self):
        """Can be overridden by a subclass to hook into the matching
        of the request.
        """
        try:
            url_rule, self.request.view_args =                 self.url_adapter.match(return_rule=True)
            self.request.url_rule = url_rule
        except HTTPException as e:
            self.request.routing_exception = e


class Flask(_PackageBoundObject):
    def create_url_adapter(self, request):
        """Creates a URL adapter for the given request.  The URL adapter
        is created at a point where the request context is not yet set up
        so the request is passed explicitly.
        """
        if request is not None:
            return self.url_map.bind_to_environ(request.environ,
                server_name=self.config['SERVER_NAME'])

在初始化的时候，会调用 app.create_url_adapter 方法，把 app 的 url_map 绑定到 WSGI environ 变量上（bind_to_environ 和之前的 bind 方法作用相同）。最后会调用 match_request 方法，这个方式调用了 url_adapter.match 方法，进行实际的匹配工作，返回匹配的 url rule。而我们之前使用的 url_rule.endpoint 就是匹配的 endpoint 值。

整个 flask 的路由过程就结束了，总结一下大致的流程：

• 通过 @app.route或者app.add_url_rule 注册应用 url 对应的处理函数
• 每次请求过来的时候，会事先调用路由匹配的逻辑，把路由结果保存起来
• dispatch_request 根据保存的路由结果，调用对应的视图函数

match 实现
虽然讲完了 flask 的路由流程，但是还没有讲到最核心的问题：werkzeug 中是怎么实现 match 方法的。Map 保存了 Rule 列表，match 的时候会依次调用其中的 rule.match 方法，如果匹配就找到了 match。Rule.match 方法的代码如下：

def match(self, path):
        """Check if the rule matches a given path. Path is a string in the
        form ``"subdomain|/path(method)"`` and is assembled by the map.  If
        the map is doing host matching the subdomain part will be the host
        instead.

        If the rule matches a dict with the converted values is returned,
        otherwise the return value is `None`.
        """
        if not self.build_only:
            m = self._regex.search(path)
            if m is not None:
                groups = m.groupdict()

                result = {}
                for name, value in iteritems(groups):
                    try:
                        value = self._converters[name].to_python(value)
                    except ValidationError:
                        return
                    result[str(name)] = value
                if self.defaults:
                    result.update(self.defaults)

                return result

它的逻辑是这样的：用实现 compile 的正则表达式去匹配给出的真实路径信息，把所有的匹配组件转换成对应的值，保存在字典中（这就是传递给视图函数的参数列表）并返回。