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什么是web框架?

英文原文:http://jeffknupp.com/blog/2014/03/03/what-is-a-web-framework/ 在原文基础上加上了自己在翻译过程中,查看的资料和自己的一些理解,同时简化了一些不好理解的地方和加入了一些通俗易懂的语言。

统一词汇:

  • web:网络
  • application:应用(编程语言写的程序)
  • web application:网络应用(编程语言写的程序,用于处理网络上的数据)
  • request:请求
  • response:响应

什么是web框架?

Web application frameworks(网络应用框架),简称:web框架,用于构建web应用。不管是简单的博客网站,还是复杂的AJAX应用,每一个页面都是通过代码生成。我发现许多开发者喜欢学习web框架,像:FlaskDjango。但是,他们却不真正理解什么是web框架、web框架的目的是什么、web框架是如何工作的。这篇文章,我将探究web框架中的那些不为人知的基本原理(通过探究,解答上面的三个问题)。读完这篇文章,你可以完全理解什么是web框架,为什么web框架这么重要。同时,你将能够:更快的理解一个新的框架;知晓一个框架的优劣,从而根据需求(实际情况),选择更合适的框架。(这篇文章会让你真正的理解web框架,而不是只会用框架,按照文档‘按部就班’。)

web框架如何工作的

在我们开始谈论web框架之前,我们需要知道web是如何工作的。我们将弄清楚:当你在浏览器中输入URL,按下回车,之后都发生了什么。在你的浏览器打开一个新的窗口,访问:http://www.jeffknupp.com(任何一个网址都可以,推荐:http://www.xueweihan.com 😊)。我们将一步步的来探究你的浏览器,在展示这个访问的页面过程中都做了什么。

1. web服务器

每个网页传都是以HTML格式传到你的浏览器,HTML是一种用于描述网页内容和结构的语言。响应并发送HTML给浏览器的应用叫做web服务器。容易令人迷惑的是:运行刚才所说的应用(响应并发送HTML给浏览器的应用)的机器也叫做web服务器

需要注意,截止目前为止所有的服务器都是发送HTML给浏览器(注意:暂不考虑web服务器是发送Json给浏览器)。不论多么复杂的应用,最终结果都是发送HTML给浏览器。

web应用是怎么知道发送什么东西给浏览器?它是根据浏览器的请求返回响应的内容。

2. HTTP

浏览器通过HTTP协议向服务器请求网站的数据(HTTP协议在编程界是通用的、应用范围极广)。HTTP协议是‘请求-响应’模式的基础。客户端(浏览器)从服务器请求数据。web应用则是反过来响应客户的请求,发送响应数据给客户端(浏览器)。

需要记住的一点是:通信是有客户端(浏览器)发起的。服务器无法向客户端,启发(首先发起)连接或者主动发送数据给客户端。如果你接收到从服务器发来的数据,那么一定是你的浏览器请求的。

2.1 HTTP方法

每一条信息都有一个方法和HTTP联系起来(换句话说:每个请求都需要一个指定HTTP方法)。不同的HTTP方法代表着不同的客户端请求逻辑和目的。以请求HTML网页为例(详情请参考:form表单):

<form action="接收这个请求的url" method="get或post">
    <li>姓名:<input type="text" name="name">
        <input type="subimt"/>
    </li>
</from>

提交表单有不同的逻辑,这两个不同的方法(method)用于两种不同的需求。

2.1.1 HTTP GET方法

GET方法顾名思义:从服务器,得到(请求)数据。GET请求是最常见的HTTP请求。GET请求web应用的过程中只需要响应网页的HTML(内容),而不需要任何其他的额外操作。注意GET请求不应该改变web应用的状态(例如:get不应该请求创建新的用户)。 原因是:GET请求通常被认为是“安全”的,因为它不修改网站的数据。

2.1.2 HTTP POST方法

POST请求,它和网站有更多的交互,不像GET方法只是获取数据。我们也可以通过表单发送数据给web应用,只需要请求时:method="post"POST请求是把用户的输入的数据,传递给web应用,例如:网站上的注册功能,就是在表单中把你的信息输入完成,然后通过POST方法,把这些数据发送给web应用,web应用在处理你的注册请求,返回注册成功或失败的结果。

POST请求会导致网站数据的改变。例如:通过POST表单,创建一个新的用户账号。POST请求的结果一般不请求接收新的HTML页面。而是,客户端根据响应的“响应状态码”做决定,例如:返回状态码200,代表服务器端操作成功,则客户端响应作出成功的操作。

2.2 HTTP响应码

正常情况下,服务器返回响应码:200,代表着:“我做了你要求的任何事情,一切都很好。”响应码一般是三位数字。web应用必须给每个请求都返回请求的处理结果,响应状态码:200,意思是“OK”,通常用于响应GET请求。POST请求,可能接收到204(“没有内容”),意思是:“一起看起来没有问题,但是我还没有任何东西可以展示给你”。

注意:继续说上面form表单的例子,POST请求的地址,决定于action字段的值。也就是说:POST请求的地址,是由HTML页面中的字段决定的。

3. web应用

GETPOST方法是两个最常见的HTTP方法。web应用责任是:接收的HTTP请求,并返回相应的HTTP响应,返回的请求结果通常包含HTML。POST请求是让web应用做一些操作或者增加一条新的纪录到数据库。当然HTTP还有一些其他的方法,但是我们接下来只说GETPOST

最简单的web应用是什么样?我们可以写一个监听80端口,等待连接(HTTP默认端口号就是80)的应用。它建立连接,等待接收客户端发来的请求,接收到请求后,返回一些简单的HTML作为响应。

最简单的web应用代码:

import socket

HOST = ''
PORT = 80
listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
listen_socket.bind((HOST, PORT))
listen_socket.listen(1)
connection, address = listen_socket.accept()
request = connection.recv(1024)
connection.sendall("""HTTP/1.1 200 OK
Content-type: text/html


<html>
    <body>
        <h1>Hello, World!</h1>
    </body>
</html>""")
connection.close()

(如果上面的代码不能运行,尝试把端口号(PORT)更换为8080)

这段代码接收连接信号和请求信号,不管请求任何的URL,它都回复HTTP 200响应(所以这段代码不是一个真正的web服务器)。Content-type: text/html是头(header)字段,被用来表示请求和响应的元信息(meta-information:元信息可用于浏览器(如何显示内容或重新加载页面),搜索引擎(关键词)参考:meta)。这例子中,我们告诉客户端数据类型是HTML:Content-type: text/html(而不是JSON:Content-Type: application/json)。

3.1 剖析Request

web应用接收到了请求,需要分析request,从而作出正确的处理。还需要返回正确的response,所以应用需要能够分析request和生成response,下面就说说什么是:request和response。

如果仔细观察HTTP请求,你会发现它和响应长的特别像。第一行是<HTTP Method> <URL> <HTTP version>(HTTP方法,请求的URL,HTTP协议版本),例如:GET / HTTP/1.1。接下来,就是一些header(头)字段,例如:Accept: */*(意思是:可以接收任何类型的响应)。这里说的比较笼统,想要深究的同学可以参考:HTTP真的很简单

上面说了Request的格式,下面该说说Response的格式:<HTTP version> <HTTP Status-Code> <Status-Code Reason-Phrase>(HTTP协议版本,HTTP状态码,HTTP状态码描述),例如:HTTP/1.1 200 OK。接下来和请求的格式一样,也是头字段,最后就是response包含的实际内容了。内容可以是字符串或者二进制对象(比如:图片和文件就是二进制对象),Content-type头字段指出了,内容类型,用于定义网络文件的类型,让客户端知道响应回来的数据类型,得到正确的响应结果。

3.2 web服务器,还要做的杂活

如果我们要在上面那个简单的web应用的基础上继续,搭建出一个web应用,我们还需要解决以下几个问题:

  1. 如何解析url使得,返回url对应的结果。(路由:route)
  2. 如何在支持GET的基础上,支持POST。
  3. 如何处理cookie和session。
  4. 如何处理上千的并发量。

没有人愿意每次建立web应用的时候都需要去处理这些问题。所以,就出现解决这些问题和HTTP协议的packages(包)。记住:这些包的核心方法我们上面的例子是一样的:监听端口,接收请求,返回HTTP响应和HTML。

3.3 解决两个大问题:Routing(路由)和Templates(模版)

上面列出的建立web应用的问题,这里挑出两个:

  1. 如何把请求的URL对应到处理这个请求的方法上?
  2. 如何根据处理完的结果,动态的生成请求的HTML?

每一个web框架解决这两个问题用的都是不同的方式,有许多不同的方法。举例子说明,应该跟有助于理解。所以,下面我们讲讨论:Django和Flask的解决这两个问题的方法。在此之前,我们需要简单的说一下MVC模式。

3.3.1 MVC在Django的应用

Django使用了MVC模式,MVC:“Model-View-Controller”(模型(Model)、视图(View)和控制器(Controller)),把应用中的逻辑分成三个部分。资源,数据库中的表相当于Model数据层。Controller控制器包含应用的业务逻辑和操作数据的操作。View视图,用于展示信息,动态的生成HTML,作为响应结果。

在Django中,控制器(Controller)被叫做视图(Views),视图(Views)被叫做模版(template)。这种叫法是有些奇怪,但是Django是一个简单,优雅的MVC结构的实现。

3.3.2 Routing in Django(Django的路由)

路由是:把请求的URL和处理这个请求的代码,处理结果联系起来。拿咱们上面那个“最简单的web应用例子”来说,所有的请求,都是被同一段代码处理。正常的都是每个URL都有对应一个处理(handler)的函数,比如:我们访问www.foo.com/bar,它就对应handle_bar()函数,这个函数负责返回响应。我们可以把应用中的每个URLs都和一个方法一一对应起来。

如果请求的url中带有参数,我们如果获取url中的参数?并把参数传递给对应的处理函数?例如:www.foo.com/users/3/,我们想要显示user的id:3。

Django的解决办法是,通过正则表达式得到url中的的参数。比如:把url匹配^/users/(?P<id>\d+)/$的结果传入display_user(id)函数,这个id参数就是url匹配出来的结果。通过这种方法,形如:/users/<some number>/的URL都将调用display_user函数。

3.3.3 Routing in Flask(Flask的路由)

Flask的路由管理机制和Django的有所不同,它使用的是route()装饰器。如下:

@app.route('/users/<id:int>/')
def display_user(id):
    #...

这如上面所展示的,使用装饰器实现URL和方法的一一对应,更加简洁明了。参数通过<name:type>格式,专递给修饰的方法,静态的URLs比如:/info/about_us.html,你可以这样处理:@app.route('/info/about_us.html')

3.3.4 模版生成HTML

我们说完如何把‘URL和处理函数一一对应起来并传递参数到函数中’,这次我们需要把URL中的参数展示到页面上,也就是根据请求动态的生成页面(HTML)。Django和Flask都是用HTML模版来决解这种情况。

HTML模版类似于使用str.format():它把动态的值(根据请求返回的值)有占位符来代替,最后输出的时候,再把通过str.format()函数,把占位符转化成具体的值。把一个页面想象成一个很长的字符串,里面的动态变量用占位符来替代,最后调用str.format()函数。Django和Flask使用的都是jinjia2模版引擎

模版引擎是为了动态生成页面,所以它的主要作用就是:生成一个模版,用于根据请求返回的值,生成页面,就像‘填空’。例如:模版内容:我是__程序员,而我想要展示:我是python程序员,而你没准想要显示:我是java程序员。具体实现,参考上面给的连接。

4. 数据交互

Django有着‘自带电池’的设计哲学,包含了ORM(对象关系映射:数据库中的表对应成代码中的类),使得操作数据就像操作变得简单。Flask是‘微型框架’,它没有自带数据交互的模版,但是你可以使用SQLAlchemy。Flask和Django通过使用ORM使得数据:增,删,改,查;变得十分方便,简单。

web框架总结

到此为止,web框架到底做了什么就变得很清晰了:把HTTP的请求和响应,根据特定的规则对应到具体的处理函数上。把处理完的结果,传递到模版引擎上。Django和Flask是两个极端。Django包含了各种功能;Flask是‘微型框架’,只包含web框架的基本功能,但可以通过第三方包来扩充功能。

记住,Python web框架做的都是同样一件事情:接收HTTP请求,分配处理的方法,生成HTML作为HTTP响应,返回给客户端。实际上,几乎所有的web框架都是做了这些工作。但愿,你现在能够根据自己的需求,挑选最适合的框架了。

posted @ 2016-04-19 15:39 削微寒 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏