前言

今天在 git.oschina 的首頁上看到他們推出演示平臺(tái)，其中，Python 的演示平臺(tái)支持 WSGI 接口的應(yīng)用。雖然，這個(gè)演示平臺(tái)連它自己提供的示例都跑不起來，但是，它還是成功的勾起了我對(duì) WSGI 的好奇心。一番了解，對(duì)該機(jī)制的認(rèn)識(shí)，總結(jié)如下。如有不妥，還望斧正。

為什么是 WSGI？

寫過網(wǎng)頁應(yīng)用的各位親，應(yīng)該對(duì) CGI 有了解，我們知道，CGI 的全程是“Common Gateway Interface”，即 “通用 Gateway Interface“。沒錯(cuò)，這里的 WSGI，就是只針對(duì) Python的網(wǎng)頁應(yīng)用接口“Python Web Server Gateway Interface”。通過這樣的類比，想必大家對(duì)他的地位就有所了解了。

它只是一個(gè)接口定義：它不負(fù)責(zé)服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)，也不負(fù)責(zé)網(wǎng)頁應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，它只是一個(gè)兩邊接口方式的約定。所以，它并不是另一個(gè) WEB 應(yīng)用框架。通常意義上的 WEB 應(yīng)用框架，也只相當(dāng)于 WSGI 網(wǎng)頁應(yīng)用端的一種實(shí)現(xiàn)。

這樣做的好處是？PEP 0333 中的解釋是，為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)類似于 Java Servelet 的 API，使得遵循該接口的應(yīng)用擁有更廣泛的適用性。是的，有了該接口，你就不用去考慮，服務(wù)器對(duì) Python 的支持到底是如何實(shí)現(xiàn)——無論是“ 直接用 Python 實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器”，還是“服務(wù)器嵌入 Python”，或者是 “ 通過網(wǎng)關(guān)接口(CGI, Fastcgi...)”——應(yīng)用程序都有很好的適用性。就像是今天故事的開始，我們遇到了云平臺(tái)，它提供了對(duì) WSGI 接口的支持，那么，只要應(yīng)用是基于 WSGI 的，那么應(yīng)用就可以直接跑起來。

此外，WSGI 的設(shè)計(jì)，也提供了另外一種可能性，那就是中間件（middleware）?；蛘哒f，我們可以寫一些對(duì) server 和 application 都兼容的模塊，我們可以把他們部署在 Server 端，也可以部署在 Application 端，完成比如緩存、字符編碼轉(zhuǎn)換、根據(jù) url 做應(yīng)用 routing 等功能。這種設(shè)計(jì)模式，是 WSGI 降低了 server 和 application 耦合度之后的產(chǎn)物，同時(shí)，它從另一個(gè)角度大大提升了設(shè)計(jì)的靈活性。

WSGI 實(shí)施概略

上一小節(jié)，簡(jiǎn)要對(duì) WSGI 做了介紹。這里從 application、server、middleware 三個(gè)角度對(duì) WSGI 稍微進(jìn)行深入，使我們對(duì)它有一個(gè)更具體的印象。

1）Application 端

WSGI 要求，應(yīng)用端必須提供一個(gè)可被調(diào)用的實(shí)體（PEP 0333 使用的是 Object，文檔還特別解釋這有別于Object instance），該實(shí)體可以是：一個(gè)函數(shù)（function）、一個(gè)方法（method）、一個(gè)類（class）、或者是有__call__方法的對(duì)象（Object instance）。

這里有兩個(gè)網(wǎng)頁應(yīng)用端的實(shí)現(xiàn)示例，一個(gè)是 function object，一個(gè) class object：

def simple_app(environ, start_response):
    status = '200 OK'
    response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
    start_response(status, response_headers)
    return ['Hello world!\n']

上面的 function 只是直接對(duì)請(qǐng)求直接做了 “200 ok” 回應(yīng)，并沒有處理傳進(jìn)來的參數(shù) environ——里面是由 WSGI Server 端提供的各種 HTTP 請(qǐng)求參數(shù)。需要特別注意的是，這個(gè)函數(shù)在最后，返回的一個(gè) list（用“[]”包含在內(nèi)）以保證結(jié)果的 iterable。下面的 class 類似。

在下面例子中，AppClass 作為應(yīng)用實(shí)體。當(dāng)調(diào)用發(fā)生時(shí)，其實(shí)是對(duì) class 進(jìn)行了例化（ python 固有特性，可以參考后面 server 端的實(shí)現(xiàn)代碼進(jìn)一步理解），正如我們看到，這次調(diào)用（call）的返回值也是可迭代的——雖然只迭代一次（yield）。

class AppClass:
    def __init__(self, environ, start_response):
        self.environ = environ
        self.start = start_response
    def __iter__(self):
        status = '200 OK'
        response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
        self.start(status, response_headers)
        yield "Hello world!\n"
        """ In fact, the interator ‘ends‘ here because of no more yield field"""

與上面兩種情形不同，使用 object instance 作為應(yīng)用實(shí)體時(shí)，需要為類定義添加 __call__ 方法，同時(shí)，參考上面使用 function 作為實(shí)體時(shí)情形，__call__ 方法的返回值需為 iterable（比如 return [ something ]）。

最后，不管我們的 app 是 function 還是 class， application 都需要處理兩個(gè)參數(shù)，而且是兩個(gè)位置相關(guān)的參數(shù)（不是命名參數(shù)），分別是：一個(gè)存放了 CGI 環(huán)境變量的 dictionary object，和一個(gè)可調(diào)用實(shí)體（需要給它三個(gè)位置相關(guān)的參數(shù)，兩個(gè)必須，一個(gè)可選）。

其中，可調(diào)用實(shí)體（前例中的 start_response）必須調(diào)用一次，兩個(gè)必須的參數(shù)分別為“ HTTP Response的狀態(tài)（str 類型）“ 和 “HTTP Response Header（list of tuples）“；

一個(gè)可選的參數(shù)exc_info，必須是 Python sys.exc_info() tuple，只有在出錯(cuò)需要顯示錯(cuò)誤信息時(shí)使用。完整調(diào)用：start_response(status, response_headers，exc_info).

2）Server 端

下面是從 PEP 0333 拿來的一個(gè)簡(jiǎn)單的 WSGI 容器，適用于 Python 作為某 WEB Server 上 CGI 時(shí)的應(yīng)用情形。

import os, sys
def run_with_cgi(application):
    environ = dict(os.environ.items())
    environ['wsgi.input']        = sys.stdin
    environ['wsgi.errors']       = sys.stderr
    environ['wsgi.version']      = (1, 0)
    environ['wsgi.multithread']  = False
    environ['wsgi.multiprocess'] = True
    environ['wsgi.run_once']     = True
    if environ.get('HTTPS', 'off') in ('on', '1'):
        environ['wsgi.url_scheme'] = 'https'
    else:
        environ['wsgi.url_scheme'] = 'http'
    headers_set = []
    headers_sent = []
    def write(data):
        if not headers_set:
             raise AssertionError("write() before start_response()")
        elif not headers_sent:
             # Before the first output, send the stored headers
             status, response_headers = headers_sent[:] = headers_set
             sys.stdout.write('Status: %s\r\n' % status)
             for header in response_headers:
                 sys.stdout.write('%s: %s\r\n' % header)
             sys.stdout.write('\r\n')
        sys.stdout.write(data)
        sys.stdout.flush()
    def start_response(status, response_headers, exc_info=None):
        if exc_info:
            try:
                if headers_sent:
                    # Re-raise original exception if headers sent
                    raise exc_info[0], exc_info[1], exc_info[2]
            finally:
                exc_info = None     # avoid dangling circular ref
        elif headers_set:
            raise AssertionError("Headers already set!")
        headers_set[:] = [status, response_headers]
        return write
    result = application(environ, start_response)
    try:
        for data in result:
            if data:    # don't send headers until body appears
                write(data)
        if not headers_sent:
            write('')   # send headers now if body was empty
    finally:
        if hasattr(result, 'close'):
            result.close()

上面的容器，大概實(shí)現(xiàn)了：

• a）將 CGI 環(huán)境變量放入 dictionary object （environ）中，供 Application 實(shí)體使用；
• b）定義了 start_response 方法，供 Application 實(shí)體調(diào)用；
• c）調(diào)用 application 實(shí)體，對(duì) web 請(qǐng)求進(jìn)行處理；
• d）將 application 的返回結(jié)果，以及通過 start_response 設(shè)置的 HTTP Response HEADER，寫到 stdout ——像其他 CGI 一樣，實(shí)際上是被發(fā)往網(wǎng)頁。

3） 作為 middleware

因?yàn)?WSGI 的寬松耦合的特性，我們可以輕松的在 Application 和 Server 之前插入任何的中間插件，在不需要改動(dòng) Server 和 Application 的前提下，實(shí)現(xiàn)一些特殊功能。但是，這種放在 Server 和 Application “中間”的模塊，并不是這里要講的 middleware ；或者，這只能算是一種特殊的 middleware，因?yàn)樗鼉H僅是實(shí)現(xiàn)了 PEP 0333 中 middleware 定義的 Application 側(cè)的功能。這種僅實(shí)施在一側(cè)的 middleware，需要在發(fā)布時(shí)，特別的聲明。

PEP 0333 中約定，中間件是一些即可以在 Server 端實(shí)施，又可以在 Application 端實(shí)施的模塊。所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)兩邊的特性都要做適當(dāng)考慮。幸好，WSGI 接口設(shè)計(jì)的足夠簡(jiǎn)單。

class Router():
    def __init__(self):
        self.path_info = {}
    def route(self, environ, start_response):
        application = self.path_info[environ['PATH_INFO']]
        return application(environ, start_response)
    def __call__(self, path):
        def wrapper(application):
            self.path_info[path] = application
        return wrapper
""" The above is the middleware"""
router = Router()
@router('/world')
def world(environ, start_response):
    status = '200 OK'
    output = 'World!'start_response(status, response_headers)  
    return [output] 
@router('/hello') 
def hello(environ, start_response):
    status = '200 OK'
    output = 'Hello'
    response_headers = [('Content-type', 'text/plain'), ('Content-Length', str(len(output)))]
    start_response(status, response_headers)  
    return [output]

簡(jiǎn)單解釋一下：

- 作為 Application 時(shí)，我們用 Router 實(shí)例化一個(gè)對(duì)象。然后對(duì) “ PATH-APP “ 進(jìn)行注冊(cè)，根據(jù)不同的 PATH，我們要進(jìn)一步選擇哪個(gè) App。接著，就是把 router.route() 喂給 Server ，作為 Application 側(cè)的可調(diào)用實(shí)體。有請(qǐng)求到來時(shí)，根據(jù)已經(jīng)注冊(cè)的 “PATH-APP” 對(duì)選擇應(yīng)用并執(zhí)行。

- Server 端類似，我們要先實(shí)例化并完成注冊(cè)。然后，比如，拿我們上一小節(jié)實(shí)現(xiàn)的 WSGI 容器為例，我們需要修改 result = router.route(environ, start_response)，同樣完成了router的功能。

下面是另外一個(gè)，實(shí)現(xiàn)了 postprocessor 的一個(gè)例子，在 Application 返回的 HTTP Header 里面再加一個(gè) Header。

def myapp(environ, start_response):
    response_headers = [('content-type', 'text/plain')]
    start_response('200 OK', response_headers)
    return ['Check the headers!']
class Middleware:
    def __init__(self, app):
        self.wrapped_app = app
    def __call__(self, environ, start_response):
        def custom_start_response(status, headers, exc_info=None):
            headers.append(('X-A-SIMPLE-TOKEN', "1234567890"))
            return start_response(status, headers, exc_info)
        return self.wrapped_app(environ, custom_start_response)
app = Middleware(myapp)

這里通過改寫傳遞給 Application 的實(shí)體，實(shí)現(xiàn)了 postprocess 的目的。

其他資源：

- WSGI 的一些詳細(xì)資料，包括應(yīng)用列表什么的：https://wsgi.readthedocs.io/en/latest/

- 支持 WSGI 的多線程 WEB 服務(wù)器，基于SimpleHttpServer：

http://www.owlfish.com/software/wsgiutils/

-Paste為構(gòu)建以 WSGI 為基礎(chǔ)的 WEB 應(yīng)用程序或框架提供一個(gè)良好的基礎(chǔ)

- 官方的 WSGI 實(shí)現(xiàn)參考：https://pypi.org/project/wsgiref/

- 啄木鳥社區(qū)的 WSGI 中文 wiki：https://wiki.woodpecker.org.cn/moin/WSGI

- 和 Paste 一樣有名的基本架構(gòu)：https://pypi.org/project/Pylons/1.0/

- 目前 Python 比較流行的三大 WEB 框架：TurboGears，Django，web2py。+1，代碼在 K 級(jí)別的服務(wù)小框架：webpy。

- 另外三個(gè)據(jù)說高性能的 App 開發(fā)框架：Falcon、Tornado、Bootle.py.

- 還有個(gè)價(jià)格不錯(cuò)的 vps，恩：https://www.hostwinds.com/

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