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什么是 Web 框架?

关键时刻,第一时间送达!

原文地址: http://jeffknupp.com/blog/2014/03/03/what-is-a-web-framework/

Web 应用框架,简称为 ,是编写 web 应用程序的基石。不管简单的博客系统,还是 Ajax 为主的应用,网络上所有的页面都是代码构成的。进来我发现,很多想学习诸如 Flask 或者 Django 等 web 框架的开发者,并不很了解 web 框架是什么,它们的作用和工作原理。

这篇文章,我将会讲一下这个通常会被忽略的话题。希望读完这篇文章,你能比较深刻地理解 web 框架到底是什么,还有为什么会有 web 框架。这些知识将有利于你学习新的 web 框架,而且在选择 web 框架的时候有法可依。

WEB 是什么工作的?

在讨论框架之前,我们要先了解一下网页是怎么工作。我们就从你在浏览器输入一个网址,摁下 enter 键说起。打开你的浏览器,输入 (译者注:原作者的个人网站首页),我们来看看你的浏览器做了那些事情(DNS 查询的 buffer 就略过),才能显示你看到的网页。

web servers,和 web … servers …

浏览器接接收到的网页都是 文件, 是一种描述网页内容和结构的语言。负责给浏览器发送 的程序称为 web server,容易混淆的是,这个应用程序所在的机器通常也被称为 web server。

最重要的一点是,所有的 web 应用做的事情就是把 内容发送给浏览器。不论这个 web 应用有多么复杂,最终的任务都是把 (我故意忽略掉其他格式的内容,比如 JSON,CSS 文件,因为原理都是一样的)发送给浏览器。

问题来了:web 应用如何知道要发送什么内容给浏览器呢?答案:它会发送浏览器请求的内容。

HTTP

浏览器从 web server 下载内容所用的是 协议(协议在计算机科学中,指的是双方通信所共同遵循的数据格式和通信步骤)。 协议的基础是 ( ) 模型。客户端(你的浏览器) 某台物理机上 web 应用的数据,web server 则负责 请求的数据。

有个重要的事情是:所有的通信都是客户端(你的浏览器)发起的。服务端(web server)是不可能主动连接你,发送没有请求的数据的。如果你收到了数据,只是因为你的浏览器主动请求了这些数据。

HTTP 方法

协议的每条消息都有对应的方法(method),不同的方法对应了客户端能发起的不同请求,也对应了客户端不同的意图。比如,请求网页的 HTML 和提交一个表格在逻辑上是不同的,所以这两种方法需要两种不同的方法。

HTTP GET

顾名思义, 方法就是从 web server 获取(get)数据, 请求也是目前最常用的 请求。 处理 请求的过程中,web 应用只需要返回请求的数据,无需其他操作。尤其是,不应该修改应用的状态(比如, 请求不应该导致一个新用户被创建)。因为这个原因, 请求通常被看做是 的。

HTTP POST

和网站的交互,明显不只是查看网页的。我们还会通过表格等形式发送数据给 web 应用,这些操作需要用到另外一种请求: 。 请求通常会传递用户创建的信息,导致 web 应用执行某些动作。输入自己的信息,来注册某个网站就会用到 请求,请求中会包含你输入的数据。

和 请求不同的是, 请求通常会导致 web 应用状态的改变。上面提及的例子中,表单被提交后,一个新的用户会被创建。还有一点不同, 请求的结果可能不会返回 HTML 数据给客户端,客户端需要通过 来判断操作是否成功。

HTTP response code

正常情况下,web server 会返回 200 的 response code,意思是:我已经完成了你要我做的事情,并且一切都没有问题。 是三位的数字,每次应答都要包含一个 response code,来标识请求的结果。 表示 OK,是 方法常见的返回值。 请求经常会返还 (No contnet),表示:一切正常,但是我没有数据可以展示给你。

还需要注意的是: 请求发送给的 url,可能和数据发送出去的 url 不同。继续以我们的注册页面为例,注册表可能位于 ,点击 之后,包含着注册数据的 请求可能被发送到 。 请求要发送到的地址,一般在注册表格的 源码里指定。

Web 应用

掌握 和 方法就能做很多事情,因为它们是 web 上最常用的两个方法。总结一下,web 应用就是接收 请求,然后返回 应答,一般是包含请求数据的 。 方法会导致 web 应用执行某些动作,例如在数据库添加一条记录。当然还有其他的 方法,但目前我们只需要关心 和 就足够啦。

最简单的 web 应用长什么样呢?我们就来写一个监听在 端口的 web 应用,一旦和客户端建立连接,就等待客户端发起请求,并返回非常简单的 。

这个程序是这样的:

(如果上面的程序报端口错误,可以把 的值修改成其他值,比如 。)

上面的代码只会接收一个连接和一个请求,不管请求的 URL 是什么,都会返回同样的 内容,response code 是 。(很明显,这不算真正的 web server)。在这个例子,我们告诉客户端,返回的数据格式为 ,而不是其他的格式,比如 。

request 请求解析

如果看一下上面例子中发送的 请求(译者注:可以使用 chrome 的 inspect elements -> Network,或者抓包工具 tcpdump 等工具查看发送的 HTTP 请求),就会发现它和应答很相似。请求的第一行是:

在这个例子里就是 。第一行后面跟着的是请求的头部(headers),比如 (表示可以接收任何格式的内容作为应答)。基本上就这么多。

我们发送的应答也是类似的格式,第一行是:

这个例子中就是 。然后是头部,和请求的头部一样。最后是应答的实际内容。注意:应答也可能是字符串或者二进制对象,头部的 就是来标识应答内容,让客户端来解析的。

web server 更多琐碎的细节

要在上面的例子基础上继续扩展的话,还有很多需要我们来解决的问题:

怎么查看请求的 URL,然后返回不同的页面?

除了 请求,怎么处理 请求?

怎么处理很复杂的概念,比如 sessions 和 cookies?

如何扩展这个应用,让它可以同时处理数千条连接?

可以想象,没人会愿意每次编写 web 应用的时候都要自己处理这些问题。为了解决这个难题,就会存在很多的软件包帮你处理这些烦人的细节,让开发者可以把心思放到业务逻辑上。记住,不管 web 框架多么负责,其最核心的功能和我们上面的例子是一样的:监听客户端请求,然后返回 给客户端。

NOTE:客户端的框架和上面的内容迥然不同。

解决两个难题:路由(routing)和模板(templates)

在构建 web 应用的所有的问题中,有两个比较突出:

怎么把请求 URL 和处理它的那部分代码对应起来?

怎么动态地生产请求内容?包括所有要计算的值,和从数据库获取的信息?

每个 web 框架解决这两个问题的方法都不太相同,我们就举 Flask 和 Django 的例子来说明这个问题。首先,我们还要来说一下 模式。

Django 中的 MVC

Django 采用 MVC 模式, 所以要求使用这个框架的代码都遵循这个模式。MVC,是Model-View-Controller的缩写,用来分离应用的不同责任。数据库表所代表的资源用models来表示,controllers负责应用的业务逻辑和操作 models。Views则负责动态生成代表页面的 。

不过容易让人混淆的是,django 中controllers被称作views,而views被称为templates。除了命名外,django 算是比较直接的MVC架构。

Django 的路由(routing)机制

这里说的路由(routing)就是把请求的 URL 对应到处理生成相关 的代码。最简单的例子,所有的请求都是相同的代码处理(就是我们之前编写的代码)。复杂一点呢,每个的 URL 都对应一个不同的 。比如,有个地方的逻辑是接收到 请求,就把它交给 函数处理。我们可以这样依次编写出所有 url 对应的处理函数。

不过,这个方法有个致命伤:没有办法处理带有动态数据的 URL,比如说资源的 ID(例如 )。我们怎么把这个 URL 映射到函数,同时能传过去用户 ID 信息呢?

Django 采用的方法是利用正则表达式:用正则表达式匹配 URL,然后把匹配的数据作为参数传递给处理函数。比如,我可以说匹配 的 URL 会调用 函数,其中 就是正则表达式括号里匹配的内容。利用这种方式,任何 类型的 URL 都能对应到 函数,并且正则表达式可以无限复杂,包含任意的关键字和未知参数。

Flask 的 路由机制

Flask 采用的是另外一种方法。把 url 对应到函数参照的是 装饰器。下面的 Flask 代码和上面提到的正则表达式代码功能相同:

如你所见,装饰器使用的是简化版的正则表达式来传递参数,参数被 route 参数中 的指令捕获。要路由 这样的页面,就需要 。

根据模板生成 HTML

继续上面的例子,一旦我们知道怎么把 URL 对应到逻辑代码,那么要怎么动态地生成 HTML,并且方便开发者手动编辑呢?Django 和 Flask 两者这次方法一样,那就是 ---- HTML 模板。

有点像 :预期的输出首先要用站位标识,然后再填入动态的数据。可以把这个网页想象成一个字符串,里面用括号标识动态的数据,最后调用 生成最终的结果。Django 的 模板引擎和 Flask 采用的jinja2都是这个原理。

不过,并不是所有的模板引擎地位都一样。Django 的模板只支持简单的变成,而 Jinja2 却能让你执行任意的代码(当然并发完全可以,不过已经很近似)。Jinja2 很会 cache 渲染的结果,下次有同样的参数传过来的时候,就会直接从 cache 获取结果,而不需要重新渲染。

数据库集成

Django,宣称"自带电池"(batteries included),然后也会包含 (Object Relational Mapper)。 的目的有两个:把 python 的类映射到数据的表结构,和通过封装隐藏不同数据库之间的差异(第一点是它更主要的功能)。没有人喜欢 (因为不同域之间的 mapping 从不完美),不过这些缺点都是可以接受的。 Django 功能比较全面,Flask 作为一个微框架,并不自带 (不过它很好兼容 SQLAlchemy,Django ORM 最大的竞争者)。

因为包含 ORM,Django 能够创建功能齐全的 CRUD 应用。 CRUD(Create Read Update Delete)是 web 框架(服务器端)最美好的地方,Django 和 Flask-SQLAlchemy 使得 CRUD 操作很直接。

Web 框架总结

写到这,web 框架出现的目的也比较明确了:隐藏基础而又烦人的处理 HTTP 请求和应答的代码。至于要隐藏多少内容,就要看框架啦。Django 和 Flask 代表了两个极端。Django 每种情况都有涉及,而 Flask 标榜自己是"微框架",只处理 web 程序最核心的功能,依赖其他三方插件来完成其他不常用的工作。

写了这么多,记住,所有的 python web 框架功能方式都一样:它们接收 请求,然后分发任务,并生成 HTML,然后返回包含 HTML 的 HTTP 应答。事实上,所有的 server 端框架(除了 Javascript 框架)都是这么工作的。希望,看完这篇文章,你已经知道 web 框架的目的,也知道怎么去选择 web 框架啦。

原文:http://cizixs.com/2015/09/21/what-is-a-web-framework

Python开发整理发布,转载请联系作者获得授权

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  • 原文链接http://kuaibao.qq.com/s/20180405B11KSR00?refer=cp_1026
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