一文搞懂 CGI、 FastCGI、WSGI、uWSGI、ASGI

一、CGI

1、通用网关接口（Common Gateway Interface/CGI）

可以让一个客户端，从网页浏览器向执行在网络服务器上的程序请求数据

CGI描述了服务器和请求处理程序之间传输数据的一种标准。

2、CGI程序可以用任何脚本语言或者是完全独立编程语言实现，只要这个语言可以在这个系统上运行。

3、用来规范web服务器传输到php解释器中的数据类型以及数据格式，包括URL、查询字符串、POST数据、HTTP header等，也就是为了保证web server传递过来的数据是标准格式的

4、一句话总结：一个标准，定义了客户端服务器之间如何传数据

二、FastCGI

1、快速通用网关接口（Fast Common Gateway Interface／FastCGI）是一种让交互程序与Web服务器通信的协议。

FastCGI是早期通用网关接口（CGI）的增强版本。

2、FastCGI致力于减少网页服务器与CGI程序之间互动的开销，从而使服务器可以同时处理更多的网页请求。

3、使用FastCGI的服务器：

Apache HTTP Server (部分)
Cherokee HTTP Server
Hiawatha Webserver
Lighttpd
Nginx
LiteSpeed Web Server
Microsoft IIS

4、一句话总结： CGI的升级版

　　FastCGI 是一种通信协议，用于在 Web 服务器（如 Nginx 或 Apache）与应用服务器（如 PHP-FPM、Python、Ruby 等）之间传递请求和响应信息。

　　它的本质是提高动态内容生成的效率和性能。为了更好地理解 FastCGI，可以从以下几个方面进行解释：

1. 历史背景：
- FastCGI 是作为 CGI（Common Gateway Interface）的增强版开发的。传统 CGI 在处理每个请求时会启动一个新的进程，这样效率不高，尤其是在面临大量并发请求时。
- FastCGI 改进了这个模型，通过持久化进程来处理多个请求，从而避免了频繁的进程启动和销毁。

2. 工作原理：
- FastCGI 将应用程序进程和 Web 服务器进程分离。Web 服务器处理静态内容（如 HTML、CSS、JavaScript 文件），而将动态请求（例如 PHP 脚本）传递给 FastCGI 进程处理。
- FastCGI 进程常驻内存，并能处理多个请求，如此一来，启动进程的开销大大降低。

3. 性能提升：
- 由于 FastCGI 进程是长时间运行的，它们可以重用并保持对数据库连接等资源的利用，提高了动态内容处理的速度。
- 对于高并发请求，FastCGI 显著提高了 Web 应用的吞吐量。

4. 协议特性：
- FastCGI 使用二进制的请求和响应格式，相较于 CGI 的纯文本格式更高效。
- 它支持多路复用，允许同时处理多个独立的请求，通过 TCP/IP 或 Unix 套接字进行通信。

5. 典型应用：
- FastCGI 常用于 PHP 的运行环境 PHP-FPM（PHP FastCGI Process Manager），这是 PHP 官方推荐的处理 PHP 请求的方式。
- 也被其他许多语言和框架支持，用于提升 Web 应用的性能和可伸缩性。

通过使用 FastCGI，Web 服务器能够更好地管理动态请求的处理，提供了灵活的配置和扩展性，以满足不同应用场景下的性能要求。

它既保留了 CGI 模型的简单性，又克服了其性能不足的缺点，因此广泛应用于现代 Web 服务架构中。

三、WSGI（协议规范或接口标准）

1、WSGI （Web Server Gateway Interface ）是为 Python 定义的一套 Web 服务器与 Web 框架/应用之间的标准接口。

Client → Nginx → uWSGI → (通过 WSGI) → Django → 返回响应

作用：

　　是 Web 服务器（如 uWSGI、Gunicorn）和 Python Web 应用/框架（如 Django、Flask）之间通信的标准规范。

　　提升 Python Web 应用的可移植性，使不同服务器和框架可以无缝对接。

设计背景：

　　借鉴自 CGI，但更灵活、高效。

　　出现后，其他语言也出现了类似机制（如 Rack for Ruby, PSGI for Perl）。

工作方式：

　　Web 服务器接收请求后，按照 WSGI 规范调用 Python 应用。

　　应用处理请求并返回响应，交由服务器发送给客户端。

四、uWSGI（既是协议规范也是服务器软件）

1、uWSGI 是实现了WSGI协议、uwsgi协议、http等协议的一个Web服务器。

它旨在提供全栈服务，用以部署Python Web应用。uWSGI 既是一个软件，也是一个协议，但在大多数情况下，当提到uWSGI时，指的是uWSGI服务器。

2、使用场景

大型和高性能Web应用：uWSGI 提供了大量的配置选项、优化功能和插件，非常适合构建大型或者要求高性能的Web应用。
企业环境：需要与nginx等Web服务器结合使用，因为uWSGI可以作为应用服务器，处理Python应用的执行，并与Web服务器进行通信。

3、优点

性能优秀：uWSGI是一个C程序，为性能进行了优化。
功能丰富：uWSGI支持热更新、日志记录、负载均衡等高级功能。
高度可配置：uWSGI提供了非常多的配置选项，可以非常精细地控制Web服务器的行为。

4、WSGI的具体实现

wsgiref

简介：wsgiref 是Python标准库的一部分，提供了WSGI规范的参考实现。主要用于开发和测试环境，而不是生产环境，因为它比较基础和简单。
组件：wsgiref 包括服务器、验证器、工具和引用实现等组件，方便开发者对WSGI应用进行测试和开发。

Werkzeug

简介：Werkzeug 是一个WSGI工具库，不仅实现了WSGI接口规范，还提供了大量有用的Web开发工具。它可以看作是开发Python Web应用的底层库，被许多其他Python Web框架广泛使用，如Flask。
特点：提供了一套灵活的工具集，包括请求、响应对象、路由系统以及各种各样的工具函数，从而简化了Web应用的开发。

uWSGI

简介：uWSGI 是一个功能强大的应用服务器，用于托管Python（以及其他语言编写的）Web应用。它实现了WSGI规范，并提供了uwsgi协议，是nginx等Web服务器与Web应用或框架之间沟通的一种方式。
特点：具备高性能，可高度定制和扩展，支持多种语言。它专注于性能、资源使用和微服务架构，适用于各种规模的Web应用。

Gunicorn（古尼科恩，绿色独角兽）

简介：Gunicorn ("Green Unicorn") 是一个Python WSGI HTTP服务器，提供了一个预分叉的工作模式，主要面向从小型到中等规模负载的Web应用。
特点：易于安装和使用，支持同步和异步工作模式，通过预分叉工作进程以提高性能和并发处理能力。对Django、Flask等流行Web框架支持良好。

Tornado

简介：Tornado 是一个Python Web框架和异步网络库，它不仅实现了WSGI接口，还提供了自己的非阻塞网络I/O处理能力。
特点：专为处理大量并发连接设计，适用于需要实时功能（如长连接或WebSockets）的应用。与传统的阻塞式服务器或框架相比，Tornado可以提供更高的性能和可伸缩性。

五、uwsgi

Nginx服务器配置代理请求到后端uwsgi应用服务器

方式一：

# 该方式使用uWSGI作为应用服务器，通过IP地址和端口号进行连接
location / {
    include uwsgi_params; # 导入一个Nginx模块，用于和uWSGI进行通讯
    uwsgi_connect_timeout 30; # 设置连接uWSGI超时时间
    uwsgi_pass 101.133.225.166:8080; # 将请求转发到指定的uWSGI服务器
}

方式二：

# 该方式同样使用uWSGI作为应用服务器，通过UNIX域套接字文件进行连接
location / {
    include uwsgi_params; # 导入一个Nginx模块，用于和uWSGI进行通讯
    uwsgi_pass unix:///var/www/script/uwsgi.sock; # 将请求转发到指定的uWSGI服务器的sock文件
}

方式三：

# 该方式使用普通的HTTP代理方式，将请求代理到指定的后端服务器
location / {
    proxy_pass http://101.133.225.166:8088; # 将请求代理转发到指定的HTTP服务器
}

六、ASGI（Asynchronous Server Gateway Interface）

1、ASGI 是“Python Web 异步服务器网关接口标准”，

是 WSGI（Web Server Gateway Interface） 的异步升级版本。

2、作用

ASGI 是 Web 服务器与 Python Web 应用之间的接口规范，
它定义了服务器和框架如何通信。

Web 服务器：Uvicorn、Daphne、Hypercorn
Web 框架：FastAPI、Starlette、Django 3+

3、为什么要有 ASGI？

WSGI（Flask、Django传统版本）是同步的：

一次只能处理一个请求；
不支持 WebSocket；
不能在请求等待时处理其他任务。

ASGI 出现后带来：
✅ 异步 I/O
✅ WebSocket 支持
✅ 高并发性能

七、Gunicorn 和 Uvicorn 补充

1、Gunicorn:

Gunicorn (Green Unicorn 绿色独角兽，读作古尼科恩) 是一个基于 Python 的 WSGI HTTP 服务器。

类型：WSGI Server（同步）
主要用途：运行基于 WSGI 协议的 Python 框架（如 Flask、Django）
特点：
- 稳定成熟，常用于生产部署
- 多进程模型（预分叉 Prefork），每个 worker 独立
- 不支持异步框架（原生），但可以通过 ASGI worker 支持异步

gunicorn app:app -w 4 -b 0.0.0.0:8000

2、Uvicorn

Uvicorn 运行基于 ASGI 协议的 Python 框架（如 FastAPI、Starlette）

特点：

高性能、事件驱动（基于 uvloop + httptools）
支持 WebSocket、HTTP/2
原生异步，适合高并发 API 服务
轻量、易用（开发环境常直接用它）

启动

uvicorn main:app --host 0.0.0.0 --port 8000 --workers 4

3、Uvicorn vs Gunicorn 对比表

对比项	Uvicorn	Gunicorn
类型	ASGI 异步服务器	WSGI 同步服务器
适用框架	FastAPI、Starlette、Django 3+	Flask、Django
并发模型	异步协程（基于事件循环）	多进程（每个进程一个 worker）
WebSocket 支持	✅ 支持	❌ 不支持
性能	高并发性能强	稳定但同步性能较低
典型组合	单独运行或搭配 Gunicorn	常搭配 `UvicornWorker` 运行 ASGI
部署推荐	开发/轻量生产	生产级部署（多worker管理）

4、Gunicorn 的作用:

Gunicorn 接收来自客户端的 HTTP 请求，并将这些请求按照 WSGI 标准转发给你的 Python Web 应用代码进行处理，然后将应用返回的响应发回给客户端。

5、为什么在生产环境使用 Gunicorn?

Python Web 框架自带的开发服务器（如 Flask 的 app.run()）通常是单线程的，只能处理一个请求。它们不适合在生产环境中应对高并发和稳定性需求。Gunicorn 采用 Master-Worker 架构：

　　Master Process (主进程): 负责管理 Worker 进程的生命周期（启动、停止、重启）。它本身不处理客户端请求。

　　Worker Processes (工作进程): 这些是真正处理客户端 HTTP 请求的进程。Gunicorn 可以配置运行多个 Worker 进程，从而实现并发处理请求的能力。

总结: Gunicorn 是一个用于部署 Python Web 应用到生产环境的强大工具，它负责请求的管理和分发，让你的应用代码专注于业务逻辑。

6、六种工作模式

Worker 类型	Worker 类	描述	备注
sync	gunicorn.workers.sync.SyncWorker	同步阻塞模式，默认模式	✅ 默认
eventlet	gunicorn.workers.gevent.Worker	基于协程的异步模式，支持高并发	❌ 需要安装 eventlet
gevent	gunicorn.workers.gevent.GeventWorker	使用 gevent 的协程，性能优秀	❌ 需要安装 gevent
tornado	gunicorn.workers.tornadog.TornadoWorker	使用 Tornado 的 IOLoop 实现异步	❌ 需要安装 tornado
gthread	gunicorn.workers.gthread.ThreadWorker	多线程模式，适合 I/O 密集型任务	❌ 可选
uvicorn / hypercorn	第三方扩展	支持 ASGI（异步），用于 FastAPI、Starlette 等框架	❌ 第三方

7、使用场景对比

Worker 类型	运行模式	优点	缺点	适用场景
sync	多进程	简单稳定，兼容性好	不适合高并发、长连接	一般中小型项目
eventlet	协程	高并发、轻量资源占用	与某些库不兼容	WebSocket、长轮询等异步场景
gevent	协程	性能强、社区活跃	需注意 monkey patch	高并发 I/O 密集型服务
tornado	单线程事件循环	与 Tornado 框架无缝集成	功能较局限	使用 Tornado 框架时
gthread	多线程	适合数据库/网络 I/O	受 GIL 限制	I/O 密集型任务，如调用外部 API
uvicorn	异步（ASGI）	支持 async/await，高性能	仅适用于 ASGI 应用	FastAPI、Starlette 等异步框架

补充说明：

GIL 限制：Python 的全局解释器锁（GIL）会影响多线程性能，但 I/O 密集型任务仍可受益。
Monkey Patch：gevent 需要打补丁（monkey.patch_all()）来替换标准库的阻塞调用。
ASGI：异步服务器网关接口，适用于现代异步 Python 框架（如 FastAPI、Starlette）。

指定 Worker 模式

使用 -k 或 --worker-class 参数：

gunicorn -w 4 -k sync myapp:app   # 默认同步模式
gunicorn -w 4 -k eventlet myapp:app  # 使用 eventlet 异步模式
gunicorn -w 4 -k gevent myapp:app    # 使用 gevent 协程模式
gunicorn -w 4 -k gthread myapp:app   # 使用线程模式

# 安装依赖包
pip install gevent
pip install eventlet
pip install tornado

sync worker

含义:

　　 sync worker 是 Gunicorn 提供的最简单、也是默认的 Worker 类型。sync 是 "synchronous"（同步）的缩写。

工作原理:

　　每个 sync worker 进程一次只能处理一个客户端请求。当一个请求到达某个 sync worker 时，该 worker 会一直忙于处理这个请求，直到它完成并发送响应。

在此期间，这个 worker 不能接受和处理任何其他请求，即使它在等待慢速的 I/O 操作（例如，等待数据库查询结果、等待外部 API 响应、读写文件等）。

并发性如何实现?

　　sync worker 实现并发不是通过单个 worker 同时处理多个请求，而是通过运行多个 sync worker 进程来实现的。如果有 N 个 sync worker，理论上可以同时处理 N 个独立的请求。

特点:

简单: 代码实现和行为逻辑最简单，易于理解和调试。

阻塞 (Blocking): 这是它最大的局限性。如果你的应用在处理请求时有频繁或长时间的 I/O 等待（I/O Bound），单个 sync worker 会被阻塞，影响整个系统的吞吐量，直到 I/O 操作完成。

资源消耗: 通常每个 sync worker 都需要一个独立的进程，这会消耗一定的内存和 CPU 资源。

适用场景:

sync worker 适用于那些请求处理非常快速，并且很少涉及长时间 I/O 等待的应用（即主要是 CPU Bound）。或者在并发需求不高的情况下，使用 sync worker 配合适当数量的进程也是可行的。

对于有大量 I/O 等待的应用，通常会选择 Gunicorn 提供的其他非阻塞（异步）Worker 类型，如 gevent 或 uvloop，以提高吞吐量。

05-CGI, FastCGI, WSGI, uWSGI, uwsgi一文搞懂 (yuque.com)

posted @ 2023-07-31 21:28 凡人半睁眼阅读(298) 评论(0) 收藏举报

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海棠未雨，梨花先雪，一半春休

想看山海，早也去，晚也去，一个人也去

一文搞懂 CGI、 FastCGI、WSGI、uWSGI、ASGI

一、CGI

二、FastCGI

三、WSGI（协议规范或接口标准）

四、uWSGI（既是协议规范也是服务器软件）

五、uwsgi

六、ASGI（Asynchronous Server Gateway Interface）

七、Gunicorn 和 Uvicorn 补充

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