深入了解WSGI与Werkzeug

在介绍Werkzeug之前，先介绍一下 WSGI（Python Web Server Gateway Interface），它为Python语言定义的Web服务器和Web应用程序或框架之间的一种简单而通用的接口。

这是一个规范，描述了web server如何与web application交互、web application如何处理请求，该规范的具体描述在PEP3333，强烈推荐先阅读 PEP3333 再回头来阅读本文。

WSGI 分为两个部分：

• Server/Gateway: 即是HTTP Server, 负责从客户端(Nnginx、apache、IIS）接收请求,将 request 转发给 application, 并将 application（可能是个Flask应用） 返回的response 返回给客户端
• Application/Framework: 一个python web 应用或 web 框架接收由 server 转发的request，处理请求，并将处理结果返回给 server

可以通过下面两张图片来梳理一下它们之间的调用关系：

先从一份示例代码理解：

def application(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/plain')])
    return ['Hello World!']

一个最基本的 WSGI 应用就是如上所示，定义了一个 application 函数(callable object），callable object(可调用对象) 包括： 一个函数、方法、类或一个实现了__call__的实例都可以用作应用程序对象。这个函数接受两个参数，分别是environ和start_response。

• environ是一个字典包含了CGI中的环境变量
• start_response也是一个callable，接受两个必须的参数，status（HTTP状态）和response_headers（响应消息的头）

通过回调函数（start_response)将响应状态和响应头返回给 server，同时返回响应正文(response body)，响应正文是可迭代的、并包含了多个字符串。

Werkzeug

werkzeug 提供了 python web WSGI 开发相关的功能：

• 路由处理：如何根据请求 URL 找到对应的视图函数
• request 和 response 封装: 提供更好的方式处理request和生成response对象
• 自带的 WSGI server: 测试环境运行WSGI应用

下面使用 Werkzeug 来实现一个简单的WSGI应用：

from werkzeug.wrappers import Request, Response

def application(environ, start_response):
    request = Request(environ)
    text = 'Hello %s!' % request.args.get('name', 'World')
    response = Response(text, mimetype='text/plain')
    return response(environ, start_response)

如上代码所示，请求数据需要环境对象，Werkzeug允许你以一个轻松的方式访问数据。响应对象是一个 WSGI 应用，提供了更好的方法来创建响应。

具体创建一个 WSGI 应用请查看文档，后面会陆续提到Flask框架中使用到Werkzeug的数据结构。这里贴一些官方文档的例子，使用werkzeug创建一个web 应用：

import os
import redis
import urlparse
from werkzeug.wrappers import Request, Response
from werkzeug.routing import Map, Rule
from werkzeug.exceptions import HTTPException, NotFound
from werkzeug.wsgi import SharedDataMiddleware
from werkzeug.utils import redirect
from jinja2 import Environment, FileSystemLoader

class Shortly(object):
    """ 
    Shortly 是一个实际的 WSGI 应用，通过 __call__ 方法直接调 用 wsgi_app，
    同时通过一个可选设置创建一个中间件，将static文件夹暴露给用户：
    """
    def __init__(self, config):
        self.redis = redis.Redis(config['redis_host'], config['redis_port'])

    def dispatch_request(self, request):
        return Response('Hello World!')

    def wsgi_app(self, environ, start_response):
        request = Request(environ)
        response = self.dispatch_request(request)
        return response(environ, start_response)

    def __call__(self, environ, start_response):
        return self. wsgi_app(environ, start_response)


def create_app(redis_host='localhost', redis_port=6379, with_static=True):
    app = Shortly({
        'redis_host':       redis_host,
        'redis_port':       redis_port
    })
    if with_static:
        app.wsgi_app = SharedDataMiddleware(app.wsgi_app, {
            '/static':  os.path.join(os.path.dirname(__file__), 'static')
        })
    return app
    
if __name__ == '__main__':
    from werkzeug.serving import run_simple
    app = create_app()
    run_simple('127.0.0.1', 5000, app, use_debugger=True, use_reloader=True)

思路很简单，我们的 Shortly 是一个实际的 WSGI 应用。 __call__ 方法直接调用 wsgi_app 。这样做我们可以装饰 wsgi_app 调用中间件，就像我们在 create_app 函数中做的一样。

wsgi_app 实际上创建了一个 Request 对象,之后通过 dispatch_request 调用 Request 对象然后给 WSGI 应用返回一个 Response 对象。正如你看到的：无论是创建 Shortly 类，还是创建 Werkzeug Request 对象来执行 WSGI 接口。最终结果只是从 dispatch_request 方法返回另一个 WSGI 应用。这部分解释来源于官方文档的中文版。

总结

本文主要解释了WSGI规范和Werkzeug（WSGI 工具集），以及如何实现一个符合WSGI规范的WSGI应用，最后使用Werkzeug 工具集中的相关模块，快速实现了一个基于WSGI的简单应用。

参考

Werkzeug 中文文档
Werkzeug 英文文档
WSGI Servers
WSGI协议的原理和实现

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