Web框架本质

什么是Web框架, 如何自己搭建一个简易的Web框架?其实, 只要了解了HTTP协议, 这些问题将引刃而解.

　　简单的理解: 所有的Web应用本质上就是一个socket服务端, 而用户的浏览器就是一个socket客户端.

用户在浏览器的地址栏输入网址, 敲下回车键便会给服务端发送数据, 这个数据是要遵守统一的规则(格式)的, 这个规则便是HTTP协议. HTTP协议主要规定了客户端和服务器之间的通信格式

　　浏览器收到的服务器响应的相关信息可以在浏览器调试窗口(F12键开启)的Network标签页中查看, 点击view source即可以查看原始响应数据(有些网页可能并没有该项)

访问码云网站的原始响应数据(节选)

　　HTTP/1.1 200 OK

　　Date: Thu, 16 May 2019 13:30:59 GMT

　　Content-Type: text/html; charset=utf-8

　　Transfer-Encoding: chunked

　　Connection: keep-alive

　　每个HTTP请求和响应都遵循相同的格式, 一个HTTP包含Header和Body两部分, 其中Body是可选的. HTTP响应的Header中有一个Content-Type表名响应的内容格式. 如text/html表示HTML网页

HTTP GET请求的格式

HTTP 响应的格式

以上内容总结为一句话便是: 要使自己写的Web server端正常运行起来, 必须要使我们自己的Web server端在给客户端回复消息时按照HTTP协议的规则加上响应状态行

自定义Web框架

一响应指定内容的Web框架

　　浏览器访问127.0.0.1:9001将返回Hello World标题字样

import socket　　# 导入socket模块

def main():
　　# 实例化socket对象
　　sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
　　# 绑定IP地址与端口
　　sock.bind(('127.0.0.1', 9001))
　　# 监听
　　sock.listen()
　　while True:
　　　　conn, addr = sock.accept()
　　　　data = conn.recv(1024)
　　　　str = data.decode("UTF-8").strip(" ")
　　　　print("浏览器请求信息>>>", str)
　　　　# 如果浏览器请求信息非空则进行回复
　　　　if str:
　　　　　　# 给回复的消息加上响应状态行
　　　　　　conn.send(b"HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n")
　　　　　　conn.send(b"<h1>Hello World</h1>")
　　　　　　conn.close()
　　　　# 否则跳过本次循环, 开始下一次循环
　　　　else:
　　　　　　continue

if __name__ == "__main__":
　　main()

二响应HTML文件的Web框架

　　 (1) 首先创建一个html文件

　　一个展示标题与当前时间的网页, 命名为index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
　　<meta charset="UTF-8">
　　<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
　　<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
　　<style>
　　　　#in1
　　　　{
　　　　　　width: 400px;
　　　　　　height: 60px;
　　　　　　font-size: 26px;
　　　　　　font-weight: bloder;
　　　　　　line-height: 30px;
　　　　　　border: none;
　　　　}
　　</style>
　　<title>index</title>
</head>
<body>
　　<h1>欢迎访问简易版Web框架主页</h1>
　　<input type="text" id="in1"/>
　　<script>
　　　　var item;
 
　　　　function f(){
　　　　　　var time = new Date();　　　　　　　　　　  // 实例化时间对象
　　　　　　var year = time.getFullYear();　　　　　  // 获得年
　　　　　　var month = time.getMonth() + 1;　　　   // 获得月 
　　　　　　var date = time.getDate();　　　　　　　  // 获得日
　　　　　　var hours = time.getHours();　　　　　   // 获得小时 
　　　　　　var minutes = time.getMinutes();　　　  // 获得分钟
　　　　　　var seconds = time.getSeconds();　　   // 获得秒 

　　　　　　// 月份与日期的显示为两位数字如01月01日
　　　　　　if(month < 10 ){
　　　　　　　　month = "0" + month;
　　　　　　}
　　　　　　if(date < 10 ){
　　　　　　　　date = "0" + date;
　　　　　　}
 
　　　　　　// 时间拼接
　　　　　　var dateTime = year + "年" + month + "月" + date + "日" + hours + "时" + minutes + "分" + seconds + "秒";
　　　　　　// 利用ID获取到input元素
　　　　　　var inputEle = document.getElementById("in1");
　　　　　　// 将input元素的值设置为当前时间
　　　　　　inputEle.value = dateTime;
　　　　}
　　　　// 定义启动函数
　　　　function start(){
　　　　　　// 初始化当前时间
　　　　　　f();
　　　　　　// 利用定时器每隔一段时间执行获取当前时间与赋值函数f
　　　　　　item = setInterval(f, 1000);
　　　　}
　　　　// 调用启动函数
　　　　start()
　　　　</script>
</body>
</html>

　　在该html文件中可添加img标签, 其src属性值如果是网络地址也是可以直接在浏览器上现实的

　　在该html文件中的css样式与js操作同样可以直接在浏览器上显示出来

　　 (2) 准备服务端程序, 文件命名为server.py

import socket  # 导入socket模块
import os  # 导入os模块

def main():
　　# 利用os模块拼接路径
    html_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__), "index.html")
　　# 实例化socket对象
　　sk = socket.socket()
　　# 绑定IP地址与端口
　　sk.bind(('127.0.0.1',9001))
　　# 监听
　　sk.listen()
　　# 计数
　　i = 1 
　　while True:
　　　　# 等待浏览器连接获取连接
　　　　conn, _ = sk.accept()
　　　　# 接收浏览器请求
　　　　data = conn.recv(1024)
　　　　# 将浏览器请求转换为字符串并格式化
　　　　str = data.decode('utf-8').strip(" ")
　　　　# 打印浏览器响应
　　　　print('浏览器请求信息>>>：', str, i)
　　　　# 计数自加
　　　　i += 1 
　　　　# 如果浏览器请求内容并不为空, 响应浏览器请求
　　　　if str:
　　　　　　# 为响应的数据加上相应状态行
　　　　　　conn.send(b'HTTP/1.1 200 ok \r\n\r\n')
　　　　　　# 以bytes数据类型打开html文件
　　　　　　with open(html_path,'rb') as f:
　　　　　　　　# 读取数据
　　　　　　　　data = f.read()
　　　　　　　　# 发送html文件数据
　　　　　　　　conn.send(data)
　　　　　　# 关闭与浏览器的连接
　　　　　　conn.close()
　　　　# 若浏览器请求信息为空则关闭连接并跳过本次循环, 开始下一次循环
　　　　else:
　　　　　　conn.close()
　　　　　　continue

if __name__ == "__main__":
    main()

　　注意: 该例子使用相对路径, index.html与server.py需在同一目录下

三根据浏览器请求响应数据的Web框架

　　以上简易的框架基本上都是指定了要给浏览器返回什么数据, 这样肯定满足不了我们的需求, 那么如何才能根据浏览器的请求, 响应相对应的数据呢?

　　CSS, JS, 图片等文件都叫做网站的静态文件

　　 (1) 为了测试, 首先创建一个html文件, 命名为index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
    <title>index</title>
    <!-- 引入外部CSS文件 -->
    <link rel="stylesheet" href="css.css">
    <!-- 引入外部JS文件 -->
    <script src="js.js"></script>
</head>
<body>
    <h1>欢迎访问Web框架首页</h1>
    <!-- 绑定事件 -->
    <div onmouseover="mOver(this)"; onmouseout="mOut(this)">
        把鼠标移到上面
    </div>
</body>
</html>

　　 (2) 接着创建一个CSS文件, 命名为css.css

div
{
    /* 初始化元素背景色为绿色 */
    background-color:green;
    /* 初始化元素宽200px */
    width:200px;
    /* 初始化元素高200px */
    height:200px;
    /* 初始化元素内填充40px */
    padding:40px;
    /* 初始化字体颜色为白色 */
    color:#ffffff;
}

　　 (3) 再创建一个JS文件, 命名为js.js

// 定义鼠标覆盖事件触发函数
function mOver(obj)
{
    // 文字替换为"谢谢"
    obj.innerHTML="谢谢"
    // 背景颜色更改为红
    obj.style.backgroundColor= "red";
}
// 定义鼠标非覆盖状态事件触发函数
function mOut(obj)
{   
    // 文字替换为"把鼠标以到上面"
    obj.innerHTML="把鼠标移到上面"
    // 背景颜色更改为绿
    obj.style.backgroundColor= "green";
}

　　 (4) 准备服务端程序, 文件命名为server.py

import os  # 导入os模块
import socket  # 导入socket模块
# 导入线程模块
from threading import Thread
# 实例化socket对象
server = socket.socket()
# 绑定IP及端口
server.bind(("127.0.0.1", 9001))
server.listen()

# 路径拼接
html_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__), "index.html")
css_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__), "css.css")
js_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__), "js.js")

def html(conn):
    """
    响应"/"请求
    """
    conn.send(b'HTTP/1.1 200 ok \r\n\r\n')
    with open(html_path, mode="rb") as f:
        content = f.read()
    conn.send(content)
    conn.close()

def css(conn):
    """
    响应"/css.css"请求
    """
    conn.send(b"HTTP/1.1 200 ok \r\n\r\n")
    with open(css_path, mode="rb") as f:
        content = f.read()
    conn.send(content)
    conn.close()

def js(conn):
    """
    响应"/js.js"请求
    """
    conn.send(b"HTTP/1.1 200 ok \r\n\r\n")
    with open(js_path, mode="rb") as f:
        content = f.read()
    conn.send(content)
    conn.close()

def NotFound(conn):
    conn.send(b"HTTP/1.1 200 ok \r\n\r\n")
    conn.send(b"<h1>404NotFound!</h1>")

# 请求列表
request_list = [
    ("/", html),
    ("/css.css", css),
    ("/js.js", js)
]

def get(conn):
    """
    处理响应函数
    """
    try:  # 异常处理
        req = conn.recv(1024).decode("UTF-8")
        req = req.split("\r\n")[0].split()[1]
        # 打印浏览器请求
        print(req)
    except IndexError:
        pass

    # 遍历请求列表进行响应
    for request in request_list:
        # 若浏览器请求信息等于请求列表中的项,则进行响应
        # 判断服务端是否能够进行响应
        if req == request[0]:
            # 获取线程对象, 实现并发
            t = Thread(target=request[1], args=(conn, ))
            # 启动线程
            t.start()
            # 响应后结束遍历
            break
        else:  # 若本次循环未匹配则跳过本次循环开始下一次
            continue
    else:  # 若所有请求皆不匹配则调用NotFound函数, 表示无法响应
        NotFound(conn)

def main():
    while True:
        # 利用线程实现并发
        # 获取TCP连接
        conn, _ = server.accept()
        t = Thread(target=get, args=(conn,))
        t.start()

if __name__ == "__main__":
    main()

　　注意: 该例子使用相对路径, index.html, css.css, js.js与server.py需在同一目录下

四进阶版Web框架

　　以上的几版Web框架比较基础, 一些定义的函数使用起来也比较繁琐, 可定制性很差, 修改起来也比较困难.

　　利用Python提供的一些模块可以简化一些步骤, 并且使框架的可定制性更好, 可以方便其他人进行定制使用

　　 结构示意图

　　 文件结构

构建Web框架

　　 (1) 构建目录

　　新建文件夹frame

　　　　1) 文件夹内创建__init__.py文件(内容为空)

　　　　2) 文件夹内新建文件夹file

　　 (2) 准备html文件

　　index.html文件

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
        <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
        <style>
            /* 时间展示样式 */
            #in1{
                width: 400px;
                height: 60px;
                font-size: 26px;
                font-weight: bloder;
                line-height: 30px;
                border: none;
            }
        </style>
        <title>index</title>
    </head>
    <body>
        <!-- 标题 -->
        <h1>欢迎访问简易版Web框架主页</h1>
        <!-- 动态替换(模板渲染), 刷新页面动态刷新 -->
        <h2>@</h2>
        <input type="text" id="in1"/>
        <!-- 认证表单 -->
        <form action="http://127.0.0.1:9001/auth/" method="post">
            <label for="username">用户名</label>
            <input type="text" id="username" name="username"/>
            <label for="password">密码</label>
            <input type="password" id="password" name="password"/>
            <input type="submit">
        </form>
        <script>
            var item;

            function f(){
                var time = new Date();
                var year = time.getFullYear();
                var month = time.getMonth() + 1;
                var date = time.getDate();
                var hours = time.getHours();
                var minutes = time.getMinutes();
                var seconds = time.getSeconds();

                // 月份与日期的显示为两位数字如01月01日
                if(month < 10 ){
                    month = "0" + month;
                }
                if(date < 10 ){
                    date = "0" + date;
                }

                // 时间拼接
                var dateTime = year + "年" + month + "月" + date + "日" + hours + "时" + minutes + "分" + seconds + "秒";
                var inputEle = document.getElementById("in1");
                inputEle.value = dateTime;
            }

            function start(){
                f();
                item = setInterval(f, 1000);
            }
            start()
            </script>
    </body>    
</html>

　　success.html文件

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
    <title>success</title>
</head>
<body>
    <h1>登陆成功</h1>
</body>
</html>

　　将以上两个html文件保存到file文件夹内

　　 (3) models.py文件

　　首先需要创建一个数据库, 这里使用MySQL

-- 登录MySQL
mysql -u用户名 -p密码

-- 查看数据库
SHOW DATABASES;

-- 创建数据库
CREATE DATABASE 库名;

/*
    这里创建一个名为dbf的数据库
    CREATE DATABASE dbf;      
*/

　　利用pymysql模块操作数据库, 建表插入数据

　　models.py文件

import pymysql  # 导入pymysql模块, 需要下载
# pip install pymysql

def main():
    conn = pymysql.connect(
        host = "127.0.0.1",           # mysql主机地址
        port = 3306,                  # mysql端口
        user = "root",                # mysql远程连接用户名
        password = "123",             # mysql远程连接密码
        database = "dbf",             # mysql使用的数据库名
        charset = "UTF8"              # mysql使用的字符编码,默认为utf8
    )
    # 实例化游标对象
    cursor = conn.cursor(pymysql.cursors.DictCursor)
    # 创建表格
    sql1 = """CREATE TABLE userinfo(
            id int PRIMARY KEY auto_increment,
            username char(12) NOT NULL UNIQUE,
            password char(20) NOT NULL
            );
            """
    # 向创建的表格中插入数据
    sql2 =  """INSERT INTO userinfo(username, password) VALUES
            ("a", "1"),
            ("b", "2");
            """
    # 将sql指令提交到缓存
    cursor.execute(sql1)
    cursor.execute(sql2)
    # 提交并执行sql指令
    conn.commit()
    # 关闭游标
    cursor.close()
    # 关闭与数据库的连接
    conn.close()

if __name__ == "__main__":
    main()

　　 (4) auth.py文件

　　用于验证用户登录信息

　　auth.py文件

import pymysql  # 导入pymysql模块

def auth(username, password):
    conn = pymysql.connect(
        host = "127.0.0.1",         # mysql主机地址
        port = 3306,                # mysql端口
        user = "root",              # mysql远程连接用户名
        password = "123",            # mysql远程连接密码
        database = "dbf",         # mysql使用的数据库名
        charset = "UTF8"            # mysql使用的字符编码,默认为utf8
    )
    # 打印用户信息: 用户名, 密码
    print("userinfo", username, password)
    # 实例化游标对象
    cursor = conn.cursor(pymysql.cursors.DictCursor)
    # sql查询指令
    sql = "SELECT * FROM userinfo WHERE username=%s AND password=%s"
    # res获取影响行数
    res = cursor.execute(sql, [username, password])
    if res:  # 数据库中存在该数据, 返回True
        return True
    else:  # 数据库中不存在该数据, 返回False
        return False

　　 (5) views.py文件

　　用于处理数据

　　views.py文件

"""
    该模块存放浏览器请求对应的网页与urls模块中url_list列表中的项存在映射关系
    若要添加新的内容, 只需要定义相应的函数, 并将函数名以字符串的形式加入到__all__列表中
"""

import os  # 导入os模块
import time  # 导入time模块
import auth  # 导入auth.py
from urllib.parse import parse_qs  # 导入parse_qs用于解析数据

# 展示所有可用方法
__all__ = [
    "index",
    "authed"
    # "css"
    ]

# 路径拼接(针对windows"/", linu需要把"/"改为"\")
index_path = os.path.join( os.path.dirname(__file__), "file/index.html")
success_path = os.path.join( os.path.dirname(__file__), "file/success.html")

def index(environ):
    with open(index_path, mode="rb") as f:
        data = f.read().decode("UTF-8")
        # 将特殊符号@替换为当前时间, 实现动态网站
        data = data.replace("@", time.strftime(("%Y-%m-%d %H:%M:%S")))
    return data.encode("UTF-8")

def authed(environ):
    if environ.get("REQUEST_METHOD") == "POST":
        try:
            request_body_size = int(environ.get("CONTENT_LENGTH", 0))
        except (ValueError):
            request_body_size = 0
        request_data = environ["wsgi.input"].read(request_body_size)
        print(">>>", request_data)  # bytes数据类型
        print("????", environ["QUERY_STRING"])  # "空的" - post请求只能按照以上方式获取数据
        # parse_qs负责解析数据
        # 不管是POST还是GET请求都不能直接拿到数据, 拿到的数据仍需要进行分解提取
        # 所以引入urllib模块中的parse_qs方法
        request_data = parse_qs(request_data.decode("UTF-8"))
        print("拆解后的数据", request_data)  # {"username": ["a"], "password": ["1"]}
        username = request_data["username"][0]
        password = request_data["password"][0]
        status = auth.auth(username, password)
        if status:
            with open(success_path, mode="rb") as f:
                data = f.read()
        else:
            # 如果直接返回中文, 没有给浏览器指定编码格式, 默认是gbk, 需要进行gbk编码, 使浏览器能够识别
            # 这里已经指定了编码
            # start_response("200 OK", [("Content-Type", "text/html;charset=UTF8")])
            data = "<h1>用户名或密码错误, 登陆失败</h1>".encode("UTF-8")
        return data
    if environ.get("REQUEST_METHOD") == "GET":
        print("????", environ["QUERY_STRING"])  # "username='a'&password='1'"字符出数据类型        
        request_data = environ["QUERY_STRING"]
        # parse_qs负责解析数据
        # 不管是POST还是GET请求都不能直接拿到数据, 拿到的数据仍需要进行分解提取
        # 所以引入urllib模块中的parse_qs方法
        request_data = parse_qs(request_data)
        print("拆解后的数据", request_data)  # {"username": ["a"], "password": ["1"]}
        username = request_data["username"][0]
        password = request_data["password"][0]
        print(username, password)
        status = auth.auth(username, password)
        if status:
            with open(success_path, mode="rb") as f:
                data = f.read()
        else:
            # 如果直接返回中文, 没有给浏览器指定编码格式, 默认使gbk, 需要进行gbk编码, 是浏览器能够识别
            # 这里已经指定了编码
            # start_response("200 OK", [("Content-Type", "text/html;charset=UTF8")])
            data = "<h1>用户名或密码错误, 登陆失败</h1>".encode("UTF-8")
        return data

# def css(environ):
#     with open("css.css", mode="rb") as f:
#         data = f.read()
#     return data

　　 (6) urls.py文件

　　映射表

　　urls.py文件

from views import index, authed
"""
    可在此处按照类似格式添加任意内容
    例如再向url_list列表中添加一项, 按照如下格式
        ("/css.css", css), 只需要再在views.py文件中创建一个对应的函数即可
"""
url_list = [
    ("/", index),
    ("/auth/", authed)
    # ("/css.css", css)
]

　　 (7) manage.py文件

　　主逻辑

　　manage.py文件

from urls import url_list
from wsgiref.simple_server import make_server

def application(environ, start_response):
    """
    :param environ: 包含所有请求信息的字典
    :param start_response: 封装响应信息(相应行与响应头)
    :return: [响应主体]
    """
    # 封装响应信息
    start_response("200 OK", [("Content-Type", "text/html;charset=UTF8")])
    # 打印包含所有请求信息的字典
    print(environ)
    # 打印请求路径信息
    print(environ["PATH_INFO"])
    path = environ["PATH_INFO"]
    for p in url_list:
        if path == p[0]:
            data = p[1](environ)
            break
        else:
            continue
    else:
        data = b"<h1>Sorry 404!, NOT Found The Page</h1>"
    # 返回响应主体
    # 必须遵守此格式[内容]
    return [data]

if __name__ == "__main__":
    # 绑定服务器IP地址与端口号, 调用函数
    frame = make_server("127.0.0.1", 9001, application)
    # 开始监听HTTP请求
    frame.serve_forever()

至此一个简易的Web框架就搭建好了, 我再来简单介绍一下启动步骤

启动步骤

　　(1) 首先按照步骤, 执行(3) models.py文件

　　　　1) 创建数据库

　　　　2) 执行models.py

　　(2) 执行manage.py启动服务器

　　(3) 根据指定IP及端口, 使用浏览器访问

　　　　这里指定127.0.0.1:9001

效果演示

　　index页面

　　登录成功

　　登录失败

　　错误请求

包/模块解析

　　以上的框架中用到了两个比较重要的包/模块: wsgiref模块与urllib包, 下面介绍一下

wsgiref模块

　　WSGI简介引用

　　WSGI（Web Server Gateway Interface）是一种规范, 它定义了使用Python编写的web应用程序与web服务器程序之间的接口格式, 实现web应用程序与web服务器程序间的解耦

　　常用的WSGI服务器有uwsgi、Gunicorn. 而Python标准库提供的独立WSGI服务器叫做wsgiref, Django开发环境用的就是这个模块来做服务器

　　wsgire模块简介引用

　　wsgiref模块其实就是将整个请求信息给封装了起来, 比如它将所有请求信息封装成了一个叫做request的对象, 那么直接利用request.path就能获取到本次请求的路径. request.method就能获取到本次请求的请求方式(GET/POST)等

urllib包

　　urllib简介《Python参考手册(第4版)》

　　urllib包提供了一个高级接口, 用于编写需要与HTTP服务器、FTP服务器和本地文件交互的客户端. 典型的应用程序包括从网页抓取数据、自动化、代理、Web爬虫等. 这是可配置程度最高的库模块之一

　　由于urllib包中功能模块众多且功能强大, 在此不做过多介绍, 仅介绍本框架所用模块

　　在views.py中我们通过 from urllib.parse import parse_qs 导入了urllib包下的parser模块中的parse_qs方法

　　parse模块《Python参考手册(第4版)》

　　urllib.parser模块用于操作URL字符串, 如"http://www.python.org"

其中parse_qs方法:

　　parse_qs(qs [, keep_blank_values [, strict_parsing]])
解析URL编码的（MIME类型为application/x-www-form-urlencoded）查询字符串qs, 并返回字典, 其中键是查询变量名称, 值是为每个名称定义的值列表. keep_blank_values是一个布尔值标志，控制如何处理空白值. 如果为True, 则它们包含在字典中, 值设置为空字符串; 如果为False（默认值）, 则将其丢弃。strict_parsing是一个布尔值标志, 如果为True, 则将解析错误转换为ValueError异常. 默认情况下会忽略错误

以上就是本人在学习Django框架前的学习总结, 可供学习参考

如何搭建一个简易的Web框架

Web框架本质

自定义Web框架

一响应指定内容的Web框架

二响应HTML文件的Web框架

三根据浏览器请求响应数据的Web框架

四进阶版Web框架

构建Web框架

启动步骤

效果演示

包/模块解析

wsgiref模块

urllib包

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