浅析Flask运行原理

一、前言

在学习Python Web开发过程中，掌握了Flask的开发方法。经过一段时间的视频学习，回过头来对Flask的运行原理做一简要解析，以增强自己对Flask的了解。

二、 WSGI

所有的 Python Web框架都要遵循 WSGI 协议,在这里还是要简单回顾一下 WSGI 的核心概念。

WSGI 中有一个非常重要的概念：每个Python Web应用都是一个可调用（callable）的对象。在 flask 中，这个对象就是 app = Flask(__name__) 创建出来的 app，就是下图中的绿色Application部分。要运行web应用，必须有 web server，比如我们熟悉的apache、nginx，或者python中的gunicorn，我们下面要讲到的werkzeug提供的WSGIServer，它们是下图的黄色Server部分。

Server和Application之间怎么通信，就是WSGI的功能。它规定了 app(environ, start_response) 的接口，server会调用 application，并传给它两个参数：environ 包含了请求的所有信息，start_response 是 application 处理完之后需要调用的函数，参数是状态码、响应头部还有错误信息。

WSGI application 非常重要的特点是：它是可以嵌套的。换句话说，可以写个application，它做的事情就是调用另外一个 application，然后再返回（类似一个 proxy）。一般来说，嵌套的最后一层是业务应用，中间就是 middleware。这样的好处是，可以解耦业务逻辑和其他功能，比如限流、认证、序列化等都实现成不同的中间层，不同的中间层和业务逻辑是不相关的，可以独立维护；而且用户也可以动态地组合不同的中间层来满足不同的需求。

Flask基于Werkzeug WSGI工具箱和Jinja2 模板引擎。 Flask使用BSD授权。 Flask也被称为“microframework”，因为它使用简单的核心，用extension增加其他功能。Flask没有默认使用的数据库、窗体验证工具。然而，Flask保留了扩增的弹性，可以用Flask-extension加入这些功能：ORM、窗体验证工具、文件上传、各种开放式身份验证技术。我们可以这么理解，Flask是一个核心，而其他功能则是一些插件，需要什么功能，只要找到对应的插件，将其插入核心就能够实现该功能了。

Flask是怎么将代码转换为我们可见的Web网页的。首先，我们得先从Web程序的一般流程来看，对于我们的Web应用来说，当客户端想要获取动态资源 时，（比如ASP和PHP这类语言写的网站），这个时候就会发起一个HTTP请求（比如用浏览器访问一个URL），此时Web应用程序就会在服务器后台进行相应的业务处理（比如对数据库进行操作或是进行一些计算操作等），取出用户需要的数据，生成相应的HTTP响应（当然，如果访问的是 静态资源 ，服务器则会直接返回用户所需的资源，不会进行业务处理）。整个处理工程如下所示：

在实际的应用中，不同的请求可能会调用相同的处理逻辑。这里有着相同业务处理逻辑的HTTP请求可以用一类URL来标识。比如在我们的博客站点中，对于所有想要获取Articles内容的请求而言，可以用 articles/这类URL来表示，这里的article_id用以区分不同的article。接着在后台定义一个get_article(article_id)的函数，用来获取article相应的数据，此外还需要建立URL和函数之间的一一对应关系。这就是Web开发中所谓的路由分发 ，如下图所示：

在Flask中，使用werkzeug来做路由分发，werkzeug是Flask使用的底层WSGI库（WSGI，全称 Web Server Gateway interface，或者 Python Web Server Gateway Interface，是为 Python 语言定义的Web服务器和Web应用程序之间的一种简单而通用的接口）。

WSGI将Web服务分成两个部分：服务器和应用程序。WGSI服务器只负责与网络相关的两件事：接收浏览器的HTTP请求、向浏览器发送HTTP应答；而对HTTP请求的具体处理逻辑，则通过调用WSGI应用程序进行。WSGI工作流程如下图所示：

在Flask中，路由分发的代码写起来十分简单，如下：

# 管理员注销页面
@main.route('/logout')
def logout():
    dm = DataManager()
    currentUsers = dm.getUsers('0')
    print(currentUsers[0])
    return render_template('currentUsers.html', users=currentUsers)

通过业务逻辑函数获得我们所需的数据后，服务器将会根据这些数据来生成HTTP响应（对于Web应用来说，一般就是一个HTML文件，这个是可以直接被我们的客户端，即浏览器直接读取并解释的）。在Web开发中，常规的做法是将获取的数据传入Web应用提供的一个HTML模板文件中，经过模板系统的渲染后最终得到我们所需要的HTML响应文件。

一般情况下，虽然请求不同，但是响应中的数据的展示方式是相同的 ，通俗点说就是除了我们请求获得的数据不一样外，其他都是一样的，那么我们就可以设计一个模板（除了数据内容可以改动，其他都是固定的HTML文件）。我们以博客站点为例，对不同article而言，其具体article content虽然不同，但页面展示的内容除了请求的数据外都是一样的，都有标题拦，内容栏等。也就是说，对于article来说，我们只需提供一个HTML模板，然后传入不同article数据，即可得到不同的HTTP响应。这就是所谓的模板渲染 ，如下图所示：

在Flask中使用Jinja2模板渲染引擎来做模板渲染（Jinja2是基于python的模板引擎，功能比较类似于于PHP的smarty，J2ee的Freemarker和velocity。它能完全支持unicode，并具有集成的沙箱执行环境，应用广泛。jinja2使用BSD授权）。Jinja2的工作流程如下图所示：

在Flask中，模板渲染的代码写起来也是十分的便捷，代码如下：

@app.route('/articles/<int:article_id>/') 
defget_article(article_id):
returnrender_template('path/to/template.html', data_needed)

在Flask中，我们处理一个请求的流程就是，首先根据用户提交的URL来决定由哪个业务逻辑函数来处理，然后在函数中进行操作，取得所需的数据。再将取得的数据传给相应的模板文件中，由Jinja2负责渲染得到HTTP响应内容，即HTTP响应的HTML文件，然后由Flask返回响应内容。

三、实例项目

下面主要以实例项目对Flask运行原理做一简要解析。在实例项目中，使用到了程序工厂函数和蓝本。项目目录结构如下：

在manager.py文件中，定义了项目启动的入口函数：

# 确保服务器只会在该脚本被 Python 解释器直接执行的时候才会运行，而不是作为模块导入的时候。
if __name__ == '__main__':
    # 启用cmd命令行
    # manager.run()
    app.run(host='0.0.0.0', port=9000, debug=True)

同时，在该文件中创建了工厂方法实例：

	app = create_app()

在工程方法中，对数据库进行了相关配置，创建了前端导航栏，同时对所创建的蓝本进行了注册。在创建的蓝本中主要涉及授权、路由及错误处理模块。

# 构造工厂方法
def create_app():
    # 在这里__name__ == __main__
    app = Flask(__name__)
    app.url_map.converters['regex'] = RegexConverter
    # 防止跨站攻击 注：为了增强安全性，密钥不应直接写入代码，而应该保存在环境变量中
    # app.config['SECRET_KEY'] = 'hard to guess string SUNNY2017'
    # app.secret_key = 'Sunny123456'

    # flask提供的读取外部文件
    app.config.from_pyfile('config')

    # basedir = os.path.abspath(os.path.dirname(__file__))
    # print(basedir)

    # 配置数据库连接
    app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'mysql+pymysql://lmapp:lmapp@localhost/smp'
    app.config['SQLALCHEMY_COMMIT_ON_TEARDOWN'] = True
    app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True

    nav.register_element('top', Navbar(u'APP安盾',
                                       View(u'当前在线', 'main.index'),
                                       View(u'全部用户', 'main.all_users'),
                                       View(u'注销', 'main.logout'),
                                       View(u'修改密码', 'main.chgpwd'),
                                       ))
    nav.init_app(app)
    db.init_app(app)
    bootstrap.init_app(app)
    # init_views(app)
    from .auth import auth as auth_blueprint
    from .main import main as main_blueprint
    # 注册蓝本 url_prefix='/auth'
    app.register_blueprint(auth_blueprint,)
    app.register_blueprint(main_blueprint, static_folder='static')
    return app