服務器的作用是什么，服務器的用途與主要功能介紹

在上文中，我給大家留了一個問題：如何在不對服務器代碼作任何修改的情況下，通過該服務器運行Djando應用、Flask應用和Pyramid應用，同時滿足這些不同網絡框架的要求？讀完這篇文章，你就可以回答這個問題了。

以前，你選擇的Python網絡框架將會限制所能夠使用的網絡服務器，反之亦然。如果框架和服務器在設計時就是可以相互匹配的，那你就不會面臨這個問題：

但是如果你試圖將設計不相匹配的服務器與框架相結合，那么你肯定就會碰到下面這張圖所展示的這個問題：

這就意味著，你基本上只能使用能夠正常運行的服務器與框架組合，而不能選擇你希望使用的服務器或框架。

那么，你怎樣確?？梢栽诓恍薷木W絡服務器代碼或網絡框架代碼的前提下，使用自己選擇的服務器，并且匹配多個不同的網絡框架呢？為了解決這個問題，就出現了Python Web服務器網關接口（Python Web Server Gateway Interface，簡稱“WSGI”）。

WSGI的出現，讓開發者可以將網絡框架與網絡服務器的選擇分隔開來，不再相互限制?，F在，你可以真正地將不同的網絡服務器與網絡開發框架進行混合搭配，選擇滿足自己需求的組合。例如，你可以使用Gunicorn或Nginx/uWSGI或Waitress服務器來運行Django、Flask或Pyramid應用。正是由于服務器和框架均支持WSGI，才真正得以實現二者之間的自由混合搭配。

所以，WSGI就是我在上一篇文章中所留問題的答案。你的網絡服務器必須實現一個服務器端的WSGI接口，而目前所有現代Python網絡框架都已經實現了框架端的WSGI接口，這樣開發者不需要修改服務器的代碼，就可以支持某個網絡框架。

網絡服務器和網絡框架支持WSGI協議，不僅讓應用開發者選擇符合自己需求的組合，同時也有利于服務器和框架的開發者，因為他們可以將注意力集中在自己擅長的領域，而不是相互傾軋。其他編程語言也擁有類似的接口：例如Java的Servlet API和Ruby的Rack。

口說無憑，我猜你肯定在想：“無代碼無真相！”既然如此，我就在這里給出一個非常簡單的WSGI服務器實現：

# Tested with Python 2.7.9, Linux & Mac OS Ximport socketimport StringIOimport sysclass WSGIServer(object):address_family = socket.AF_INETsocket_type = socket.SOCK_STREAMrequest_queue_size = 1def __init__(self, server_address):# Create a listening socketself.listen_socket = listen_socket = socket.socket(self.address_family,self.socket_type)# Allow to reuse the same addresslisten_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)# Bindlisten_socket.bind(server_address)# Activatelisten_socket.listen(self.request_queue_size)# Get server host name and porthost, port = self.listen_socket.getsockname[:2]self.server_name = socket.getfqdn(host)self.server_port = port# Return headers set by Web framework/Web applicationself.headers_set = def set_app(self, application):self.application = applicationdef serve_forever(self):listen_socket = self.listen_socketwhile True:# New client connectionself.client_connection, client_address = listen_socket.accept# Handle one request and close the client connection. Then# loop over to wait for another client connectionself.handle_one_requestdef handle_one_request(self):self.request_data = request_data = self.client_connection.recv(1024)# Print formatted request data a la 'curl -v'print(''.join('< {line}n'.format(line=line)for line in request_data.splitlines))self.parse_request(request_data)# Construct environment dictionary using request dataenv = self.get_environ# It's time to call our application callable and get# back a result that will become HTTP response bodyresult = self.application(env, self.start_response)# Construct a response and send it back to the clientself.finish_response(result)def parse_request(self, text):request_line = text.splitlines[0]request_line = request_line.rstrip('rn')# Break down the request line into components(self.request_method, # GETself.path, # /helloself.request_version # HTTP/1.1) = request_line.splitdef get_environ(self):env = {}# The following code snippet does not follow PEP8 conventions# but it's formatted the way it is for demonstration purposes# to emphasize the required variables and their values## Required WSGI variablesenv['wsgi.version'] = (1,0)env['wsgi.url_scheme'] = 'http'env['wsgi.input'] = StringIO.StringIO(self.request_data)env['wsgi.errors'] = sys.stderrenv['wsgi.multithread'] = Falseenv['wsgi.multiprocess'] = Falseenv['wsgi.run_once'] = False# Required CGI variablesenv['REQUEST_METHOD'] = self.request_method # GETenv['PATH_INFO'] = self.path # /helloenv['SERVER_NAME'] = self.server_name # localhostenv['SERVER_PORT'] = str(self.server_port) # 8888return envdef start_response(self, status, response_headers, exc_info=None):# Add necessary server headersserver_headers = [('Date', 'Tue, 31 Mar 2015 12:54:48 GMT'),('Server', 'WSGIServer 0.2'),]self.headers_set = [status, response_headers + server_headers]# To adhere to WSGI specification the start_response must return# a 'write' callable. We simplicity's sake we'll ignore that detail# for now.# return self.finish_responsedef finish_response(self, result):try:status, response_headers = self.headers_setresponse = 'HTTP/1.1 {status}rn'.format(status=status)for header in response_headers:response += '{0}: {1}rn'.format(*header)response += 'rn'for data in result:response += data# Print formatted response data a la 'curl -v'print(''.join('> {line}n'.format(line=line)for line in response.splitlines))self.client_connection.sendall(response)finally:self.client_connection.closeSERVER_ADDRESS = (HOST, PORT) = '', 8888def make_server(server_address, application):server = WSGIServer(server_address)server.set_app(application)return serverif __name__ == '__main__':if len(sys.argv) < 2:sys.exit('Provide a WSGI application object as module:callable')app_path = sys.argv[1]module, application = app_path.split(':')module = __import__(module)application = getattr(module, application)httpd = make_server(SERVER_ADDRESS, application)print('WSGIServer: Serving HTTP on port {port} ...n'.format(port=PORT))httpd.serve_forever

上面的代碼比第一部分的服務器實現代碼要長的多，但是這些代碼實際也不算太長，只有不到150行，大家理解起來并不會太困難。上面這個服務器的功能也更多——它可以運行你使用自己喜歡的框架所寫出來的網絡應用，無論你選擇Pyramid、Flask、Django或是其他支持WSGI協議的框架。

你不信？你可以自己測試一下，看看結果如何。將上述代碼保存為 webserver2.py，或者直接從我的Github倉庫下載。如果你運行該文件時沒有提供任何參數，那么程序就會報錯并退出。

$ python webserver2.pyProvidea WSGI application object as module:callable

上述程序設計的目的，就是運行你開發的網絡應用，但是你還需要滿足一些它的要求。要運行服務器，你只需要安裝Python即可。但是要運行使用Pyramid、Flask和Django等框架開發的網絡應用，你還需要先安裝這些框架。我們接下來安裝這三種框架。我傾向于使用 virtualenv安裝。請按照下面的提示創建并激活一個虛擬環境，然后安裝這三個網絡框架。

$ [sudo] pip install virtualenv$ mkdir ~/envs$ virtualenv ~/envs/lsbaws/$ cd ~/envs/lsbaws/$ lsbin include lib$ source bin/activate(lsbaws) $ pip install pyramid(lsbaws) $ pip install flask(lsbaws) $ pip install django

接下來，你需要創建一個網絡應用。我們首先創建Pyramid應用。將下面的代碼保存為 pyramidapp.py文件，放至webserver2.py所在的文件夾中，或者直接從我的Github倉庫下載該文件：

from pyramid.config import Configuratorfrom pyramid.response import Responsedef hello_world(request):return Response('Hello world from Pyramid!n',content_type='text/plain',)config = Configuratorconfig.add_route('hello', '/hello')config.add_view(hello_world, route_name='hello')app = config.make_wsgi_app

現在，你可以通過自己開發的網絡服務器來啟動上面的Pyramid應用。

(lsbaws) $ python webserver2.py pyramidapp:appWSGIServer:ServingHTTP on port8888...

在運行 webserver2.py時，你告訴自己的服務器去加載pyramidapp模塊中的app可調用對象（callable）。你的服務器現在可以接收HTTP請求，并將請求中轉至你的Pyramid應用。應用目前只能處理一個路由（route）：/hello。在瀏覽器的地址欄輸入http://localhost:8888/hello，按下回車鍵，觀察會出現什么情況：

你還可以在命令行使用 curl命令，來測試服務器運行情況：

$ curl -v http://localhost:8888/hello...

接下來我們創建Flask應用。重復上面的步驟。

from flask import Flaskfrom flask import Responseflask_app = Flask('flaskapp')@flask_app.route('/hello')def hello_world:return Response('Hello world from Flask!n',mimetype='text/plain')app = flask_app.wsgi_app

將上面的代碼保存為 flaskapp.py，或者直接從我的Github倉庫下載文件，并運行：

(lsbaws) $ python webserver2.py flaskapp:appWSGIServer:ServingHTTP on port8888...

然后在瀏覽器地址欄輸入 http://localhost:8888/hello，并按下回車：

同樣，在命令行使用 curl命令，看看服務器是否會返回Flask應用生成的信息：

$ curl -v http://localhost:8888/hello...

這個服務器是不是也能支持Django應用？試一試就知道了！不過接下來的操作更為復雜一些，我建議大家克隆整個倉庫，并使用其中的 djangoapp.py文件。下面的代碼將一個名叫helloworld的Django應用添加至當前的Python路徑中，然后導入了該項目的WSGI應用。

import syssys.path.insert(0, './helloworld')from helloworld import wsgiapp = wsgi.application

將上面的代碼保存為 djangoapp.py，并使用你開發的服務器運行這個Django應用。

(lsbaws) $ python webserver2.py djangoapp:appWSGIServer:ServingHTTP on port8888...

同樣，在瀏覽器中輸入 http://localhost:8888/hello，并按下回車鍵：

接下來，和前面幾次一樣，你通過命令行使用 curl命令進行測試，確認了這個Djando應用成功處理了你發出的請求：

$ curl -v http://localhost:8888/hello...

你有沒有按照上面的步驟測試？你做到了讓服務器支持全部三種框架嗎？如果沒有，請盡量自己動手操作。閱讀代碼很重要，但這系列文章的目的在于重新開發，而這意味著你需要自己親自動手。最好是你自己重新輸入所有的代碼，并確保代碼運行結果符合預期。

經過上面的介紹，你應該已經認識到了WSGI的強大之處：它可以讓你自由混合搭配網絡服務器和框架。WSGI為Python網絡服務器與Python網絡框架之間的交互提供了一個極簡的接口，而且非常容易在服務器端和框架端實現。下面的代碼段分別展示了服務器端和框架端的WSGI接口：

def run_application(application):"""Server code."""# This is where an application/framework stores# an HTTP status and HTTP response headers for the server# to transmit to the clientheaders_set = # Environment dictionary with WSGI/CGI variablesenviron = {}def start_response(status, response_headers, exc_info=None):headers_set[:] = [status, response_headers]# Server invokes the ‘application' callable and gets back the# response bodyresult = application(environ, start_response)# Server builds an HTTP response and transmits it to the client…def app(environ, start_response):"""A barebones WSGI app."""start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/plain')])return ['Hello world!']run_application(app)

下面給大家解釋一下上述代碼的工作原理：

1. 網絡框架提供一個命名為 application的可調用對象（WSGI協議并沒有指定如何實現這個對象）。
2. 服務器每次從HTTP客戶端接收請求之后，調用 application。它會向可調用對象傳遞一個名叫environ的字典作為參數，其中包含了WSGI/CGI的諸多變量，以及一個名為start_response的可調用對象。
3. 框架/應用生成HTTP狀態碼以及HTTP響應報頭（HTTP response headers），然后將二者傳遞至 start_response，等待服務器保存。此外，框架/應用還將返回響應的正文。
4. 服務器將狀態碼、響應報頭和響應正文組合成HTTP響應，并返回給客戶端（這一步并不屬于WSGI協議）。

下面這張圖直觀地說明了WSGI接口的情況：

有一點要提醒大家，當你使用上述框架開發網絡應用的時候，你處理的是更高層級的邏輯，并不會直接處理WSGI協議相關的要求，但是我很清楚，既然你正在看這篇文章，你一定對框架端的WSGI接口很感興趣。所以，我們接下來在不使用Pyramid、Flask或Djando框架的前提下，自己開發一個極簡的WSGI網絡應用/網絡框架，并使用WSGI服務器運行該應用：

def app(environ, start_response):"""A barebones WSGI application.This is a starting point for your own Web framework :)"""status = '200 OK'response_headers = [('Content-Type', 'text/plain')]start_response(status, response_headers)return ['Hello world from a simple WSGI application!n']

將上述代碼保存為 wsgiapp.py文件，或者直接從我的Github倉庫下載，然后利用網絡服務器運行該應用：

(lsbaws) $ python webserver2.py wsgiapp:appWSGIServer:ServingHTTP on port8888...

在瀏覽器中輸入下圖中的地址，然后按回車鍵。結果應該是這樣的：

你剛剛自己編寫了一個極簡的WSGI網絡框架！太不可思議了。

接下來，我們重新分析服務器返回給客戶端的對象。下面這張圖展示的是你通過HTTP客戶端調用Pyramid應用后，服務器生成的HTTP響應：

上圖中的響應與你在第一篇中看到的有些類似，但是也有明顯不同之處。舉個例子，其中就出現了你之前沒有看到過的4歌HTTP報頭：Content-Type，Content-Length，Date和Server。這些事網絡服務器返回的響應對象通常都會包含的報頭。不過，這四個都不是必須的。報頭的目的是傳遞有關HTTP請求/響應的額外信息。

既然你已經對WSGI接口有了更深的理解，下面這張圖對響應對象的內容進行了更詳細的解釋，說明了每條內容是如何產生的。

到目前為止，我還沒有介紹過 environ字典的具體內容，但簡單來說，它是一個必須包含著WSGI協議所指定的某些WSGI和CGI變量。服務器從HTTP請求中獲取字典所需的值。下面這張圖展示的是字典的詳細內容：

網絡框架通過該字典提供的信息，根據指定的路由和請求方法等參數來決定使用哪個視圖（views），從哪里讀取請求正文，以及如何輸出錯誤信息。

截至目前，你已經成功創建了自己的支持WSGI協議的網絡服務器，還利用不同的網絡框架開發了多個網絡應用。另外，你還自己開發了一個極簡的網絡框架。本文介紹的內容不可謂不豐富。我們接下來回顧一下WSGI網絡服務器如何處理HTTP請求：

• 首先，服務器啟動并加載網絡框架/應用提供的 application可調用對象
• 然后，服務器讀取一個請求信息
• 然后，服務器對請求進行解析
• 然后，服務器使用請求數據創建一個名叫 environ的字典
• 然后，服務器以 environ字典和start_response可調用對象作為參數，調用application，并獲得應用生成的響應正文。
• 然后，服務器根據調用 application對象后返回的數據，以及start_response設置的狀態碼和響應標頭，構建一個HTTP響應。
• 最后，服務器將HTTP響應返回至客戶端。

以上就是第二部分的所有內容。你現在已經擁有了一個正常運行的WSGI服務器，可以支持通過遵守WSGI協議的網絡框架所寫的網絡應用。最棒的是，這個服務器可以不需要作任何代碼修改，就可以與多個網絡框架配合使用。