WSGI——python web 服務器網關接口

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一：服務器、服務器軟件、應用程序(后台)

    我們常說“服務器”，實際上服務器是一個很寬泛的概念。

    服務器包括服務器硬件、服務器程序、以及部署在服務器上的應用程序。

    服務器硬件：也稱伺服器，是提供計算服務的硬件設備，包括處理器、硬盤、內存、系統總線等。

    服務器軟件：光有服務器硬件是無法提供服務的，至少需要有運行於服務器之上的操作系統、數據庫軟件、以及提供部署功能的web容器等程序。這些軟件與服務器硬件一起，共同組成了我們概念中的“服務器”。

    應用程序(后台程序)：應用程序是運行在服務器上，處理請求並返回響應的程序，我們日常所說的“web開發”、“后台開發”做的就是web應用程序的開發工作。一般，web應用程序需要部署於web容器中，並且與數據庫產生數據交互。三者關系大概為：web容器負責實現一些通信協議，並且監聽服務器硬件的網關、端口，接收請求，並轉發給web應用程序；web應用程序接收請求，提取請求相關信息與參數，調用中間件或者自身實現的業務邏輯(此過程或許會與數據庫產生數據交互)，並將處理結果以http響應的形式返回給web容器；web容器再將接收到的響應返回給瀏覽器進行顯示。

    在上面的過程中，提及到了 web容器 與 應用程序 之間的請求轉發和響應通信，那么問題來了：web容器 有 Apahce、Nginx、Gunicorn等多種選擇，而 應用程序 也可能選用Flask、Django等等各種框架進行開發，難道我們需要針對不同的容器或開發框架，都自己去實現一遍它們的通信邏輯嗎？當然不是。為了建立起web容器與應用程序之間的通信規范，於是有了我們所說的——WSGI，Web Server Gateway Interface，Python Web 服務器網關接口。

 

二：WSGI簡介

    PythonWeb服務器網關接口（Python Web Server Gateway Interface，縮寫為WSGI)是一個協議，是 Python應用程序或框架 與 Web容器 之間的一種接口規范。

    只要雙方都按照這個規范，分別去實現自己需要做的事，那么二者就可以順利地進行通信。

    WSGI協議主要包括server和application兩部分。

 

三：WSGI server接口

    WSGI server接口 負責從客戶端接收請求，將request轉發給application，並將application返回的response返回給客戶端。

    我們常用的web容器，如Apahce、Nginx、Gunicorn等都實現了這個接口。

    接口實現方式：

def run(application): #服務器程序調用應用程序實例 environ = {} #設定參數 def start_response(xxx): #設定參數 pass result = application(environ, start_response) #調用應用程序實例的__call__函數 def write(data): pass def data in result: #迭代訪問 write(data)

 服務器程序主要做了以下的事：
      1. 設定應用程序所需要的參數
      2. 調用應用程序
      3. 迭代訪問應用程序的返回結果，並傳給客戶端 

 

四：WSGI application接口

    WSGI application接口 接收由server轉發過來的request，處理請求，並將處理結果返回給server。

    接口的實現方式：

1. 應用程序必須是一個可調用的對象
   可調用的對象有三種：
   1. 一個函數
   2. 一個類，必須實現__call__()方法
   3. 一個類的實例

2. 這個對象接收兩個參數
   從源碼中，我們可以看到，這兩個參數是environ, start_response. 以可調用對象為一個類為例：

   class application: def __call__(self, environ, start_response): pass

3. 可調用對象需要返回一個可迭代的值。以可調用對象為一個類為例：

   class application: def __call__(self, environ, start_response): return [xxx]

    

五：Middleware 中間件

    middleware是介於服務器程序和應用程序中間的部分，middleware對於服務器程序(web容器)和應用程序來說都是透明的：對服務器程序來說，中間件扮演應用程序，對應用程序來說，中間件扮演服務器程序。

    因此，中間件程序需要同時實現wsgi server與wsgi application接口，可以在WSGI服務器與WSGI應用之間起調節作用。
    中間件是一個很強大的領域，相信很多同學都聽說或正在擔任中間件的開發工作。

    我們知道，應用程序主要是做業務邏輯實現的，那么，在請求到達應用程序之前，我們可以用來做些什么呢？一個很簡單的場景，就是做請求的預處理或者基本信息提取。

    上面提到，WSGI Server調用WSGI Application時，需要兩個參數:environ和start_response，其中，environ是一個字典，它來自CGI，詳情請看文檔：The Common Gateway Interface Specification

    文中“Environment variables”，列舉了environ字典中包含的信息，主要有：

  AUTH_TYPE
  CONTENT_LENGTH        #HTTP請求中Content-Length的部分 CONTENT_TYPE #HTTP請求中Content-Tpye的部分 GATEWAY_INTERFACE PATH_INFO #URL路徑除了起始部分后的剩余部分,用於找到相應的應用程序對象,如果請求的路徑就是根路徑,這個值為空字符串 PATH_TRANSLATED QUERY_STRING #URL路徑中？后面的部分 REMOTE_ADDR REMOTE_HOST REMOTE_IDENT REMOTE_USER REQUEST_METHOD #HTTP 請求方法，例如 "GET", "POST" SCRIPT_NAME #URL路徑的起始部分對應的應用程序對象,如果應用程序對象對應服務器的根,那么這個值可以為空字符串 SERVER_NAME SERVER_PORT SERVER_PROTOCOL #客戶端請求的協議(HTTP/1.1 HTTP/1.0) SERVER_SOFTWARE

    以及客戶端發起HTTP時所攜帶過來的一些關於客戶端的信息：

HTTP_HOST = 客戶端host
HTTP_ACCEPT = 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8' HTTP_ACCEPT_ENCODING = 'gzip,deflate,sdch' HTTP_ACCEPT_LANGUAGE = 'en-US,en;q=0.8,zh;q=0.6,zh-CN;q=0.4,zh-TW;q=0.2' HTTP_CONNECTION = 'keep-alive' HTTP_USER_AGENT = 客戶端代理信息(瀏覽器、內核版本等)

 

六：總結

    WSGI協議其實是定義了一種 server與 application解耦的規范，即可以有多個實現 WSGI server的服務器，也可以有多個實現 WSGI application的框架，那么就可以選擇任意的 server和 application組合實現自己的 web應用。例如 uWSGI和 Gunicorn都是實現了 WSGI server協議的服務器， Django， Flask是實現了 WSGI application協議的 web框架，可以根據項目實際情況搭配使用。

 

七：擴展：uwsgi

    uwsgi：與 WSGI一樣是一種通信協議，是 uWSGI服務器的獨占協議，用於定義傳輸信息的類型( type of information)，每一個 uwsgi packet前 4byte為傳輸信息類型的描述，與WSGI協議是兩種東西，據說該協議是 fcgi協議的10倍快。

 

八：擴展：uWSGI

    uWSGI旨在為部署分布式集群的網絡應用開發一套完整的解決方案。主要面向web及其標准服務。由於其可擴展性，能夠被無限制的擴展用來支持更多平台和語言。uWSGI是一個web服務器，實現了WSGI協議，uwsgi協議，http協議等。
uWSGI的主要特點是：

• 超快的性能
• 低內存占用
• 多app管理
• 詳盡的日志功能（可以用來分析app的性能和瓶頸）
• 高度可定制（內存大小限制，服務一定次數后重啟等）

uWSGI服務器自己實現了基於uwsgi協議的server部分，我們只需要在uwsgi的配置文件中指定application的地址，uWSGI就能直接和應用框架中的WSGI application通信。