摘要：服務器通過協議與客戶端通信，因此也被稱為服務器。本文標題為從零開始搭建論壇一服務器與框架本文鏈接為更多閱讀自己動手開發網絡服務器一自己動手開發網絡服務器二自己動手開發網絡服務器三服務器網關接口實現原理分析最佳實踐指南應用淺談框架編程簡介

之前用 Django 做過一個小的站點，感覺Django太過笨重，于是就準備換一個比較輕量級的 Web 框架來玩玩。Web.py 作者已經掛掉，項目好久沒有更新，所以不準備用它。而 Flask 也是一個成熟的輕量級 Web 框架，在 github 上有眾多的 Star 和 Fork，文檔和擴展也很豐富，值得學習。

學習一個框架最好的方式就是用框架做一個項目，在實戰中理解掌握框架。這里我用 Flask 框架，使用 Mysql 數據庫做了一個論壇系統。麻雀雖小，五臟俱全，論壇效果圖如下：

下面是論壇的基本功能：

完整的用戶模塊（注冊、登錄，更改、找回密碼、信息修改、站內消息通知）；

豐富的論壇模塊（創建、回復話題，站內搜索，markdown支持，@user 提醒）；

強大的后臺管理，支持屏蔽用戶、話題、評論，支持各種條件搜索話題、評論；

本博客將會用一系列文章，記錄論壇系統搭建的過程，希望對剛入門Web開發的同學有所幫助。

我們經常聽說 Django, Flask 這些 python 語言的Web 框架，那么框架到底是什么，Web框架和Web服務器（Nginx, Apache等）有什么區別？離開框架還能用 Python 搭建Web站點嗎？要解決這些疑問，我們有必要來理解下 Web 服務器的工作原理，以及 Web 框架的本質。

當我們在瀏覽器輸入URL后，瀏覽器會先請求DNS服務器，獲得請求站點的 IP 地址。然后發送一個HTTP Request（請求）給擁有該 IP 的主機，接著就會接收到服務器給我們的 HTTP Response（響應），瀏覽器經過渲染后，以一種較好的效果呈現給我們。這個過程中，正是Web服務器在幕后默默做貢獻。

簡單來說，Web服務器是在運行在物理服務器上的一個程序，它永久地等待客戶端（主要是瀏覽器，比如Chrome，Firefox等）發送請求。當收到請求之后，它會生成相應的響應并將其返回至客戶端。Web服務器通過HTTP協議與客戶端通信，因此也被稱為HTTP服務器。

Web服務器的工作原理并不復雜，一般可分成如下4個步驟：建立連接、請求過程、應答過程以及關閉連接。

建立連接：客戶機通過TCP/IP協議建立到服務器的TCP連接。

請求過程：客戶端向服務器發送HTTP協議請求包，請求服務器里的資源文檔。

應答過程：服務器向客戶機發送HTTP協議應答包，如果請求的資源包含有動態語言的內容，那么服務器會調用動態語言的解釋引擎負責處理“動態內容”，并將處理得到的數據返回給客戶端。由客戶端解釋HTML文檔，在客戶端屏幕上渲染圖形結果。

關閉連接：客戶機與服務器斷開。

下面我們實現一個簡單的 Web 服務器。運行示例程序后，會監聽本地端口 8000，在瀏覽器訪問 http://localhost:8000 就能看到響應內容。而我們的程序也能夠打印出客戶端發來的請求內容，如下圖：

這里Request 和 Response 都需要遵守 HTTP 協議，關于 HTTP 協議的詳細內容，可以讀讀《HTTP 權威指南》，或者看我整理的HTTP 部分內容。

雖然說web服務器的主要工作是根據request返回response，但是實際中的 Web 服務器遠遠比上面示例的復雜的多，因為要考慮的因素實在是太多了，比如：

緩存機制：講一些經常被訪問的頁面緩存起來，提高響應速度；

安全：防止黑客的各種攻擊，比如 SYN Flood 攻擊；

并發處理：如何響應不同客戶端同時發起的請求；

日志：記錄訪問日至，方便做一些分析。

目前在UNIX和LINUX平臺下使用最廣泛的免費 Web 服務器有Apache和 Nginx 。

Web 服務器接受 Http Request，返回 Response，很多時候 Response 并不是靜態文件，因此需要有一個應用程序根據 Request 生成相應的 Response。這里的應用程序主要用來處理相關業務邏輯，讀取或者更新數據庫，根據不同 Request 返回相應的 Response。注意這里并不是 Web 服務器本身來做這件事，它只負責 Http 協議層面和一些諸如并發處理，安全，日志等相關的事情。

應用程序可以用各種語言編寫（Java, PHP, Python, Ruby等），這個應用程序會從Web服務器接收客戶端的請求，處理完成后，再返回響應給Web服務器，最后由Web服務器返回給客戶端。整個架構如下：

以 Python 為例，使用Python開發Web，最原始和直接的辦法是使用CGI標準，在1998年這種方式很流行。首先確保 Web 服務器支持CGI及已經配置了CGI的處理程序，然后設置好CGI目錄，在目錄里面添加相應的 python 文件，每一個 python 文件處理相應輸入，生成一個 html 文件即可，如下例：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

print "Content-type:text/html"
print         # 空行，告訴服務器結束頭部
print ""
print ""
print ""
print ""
print ""
print "
Hello Word! 我是一個CGI程序
"
print ""
print ""

這樣在瀏覽器訪問該文件就可以得到一個簡單的 Hello World 網頁內容。直接通過 CGI 寫 Web 應用程序看起來很簡單，每一個文件處理輸入，生成html。但是實際開發中，可能會遇到許多不方便的地方。比如：

每個獨立的CGI腳本可能會重復寫數據庫連接，關閉的代碼；

后端開發者會看到一堆 Content-Type 等和自己無關的 html 頁面元素；

早期開發站點確做了許多重復性勞動，后來為了減少重復，避免寫出龐雜，混亂的代碼，人們將 Web 開發的關鍵性過程提取出來，開發出了各種 Web 框架。有了框架，就可以專注于編寫清晰、易維護的代碼，無需關心數據庫連接之類的重復性工作。

其中一種比較經典的Web框架采用了 MVC 架構，如下圖所示：

用戶輸入 URL，客戶端發送請求，控制器（Controller）首先會拿到請求，然后用模型（Models）從數據庫取出所有需要的數據，進行必要的處理，將處理后的結果發送給 視圖（View），視圖利用獲取到的數據，進行渲染生成 Html Response返回給客戶端。

以 python web 框架 flask 為例，框架本身并不限定我們用哪種架構來組織我們的應用，不過 flask 可以很好地支持以 MVC 方式組織應用。

控制器：flask 可以用裝飾器來添加路由項，如下：

@app.route("/")
def main_page():
    pass

模型：主要用來取出需要的數據，如下面函數中操作：

@app.route("/")
def main_page():
    """Searches the database for entries, then displays them."""
    db = get_db()
    cur = db.execute("select * from entries order by id desc")
    entries = cur.fetchall()
    return render_template("index.html", entries=entries)

視圖：flask 利用 jinja2 來渲染頁面，下面的模版文件指定了頁面的樣式：

{% for entry in entries %}

  
{{ entry.title }}
  
{{ entry.text|safe }}

{% else %}
No entries yet. Add some!
{% endfor %}

我們知道Python有著許多的 Web 框架，而同時又有著許多的 Web 服務器（Apache, Nginx, Gunicorn等），框架和Web服務器之間需要進行通信，如果在設計時它們之間不可以相互匹配的，那么選擇了一個框架就會限制對 Web 服務器的選擇，這顯然是不合理的。

那么，怎樣確保可以在不修改Web服務器代碼或網絡框架代碼的前提下，使用自己選擇的服務器，并且匹配多個不同的網絡框架呢？答案是接口，設計一套雙方都遵守的接口就可以了。對python來說，就是WSGI（Web Server Gateway Interface，Web服務器網關接口）。其他編程語言也擁有類似的接口：例如Java的Servlet API和Ruby的Rack。

Python WSGI的出現，讓開發者可以將 Web 框架與 Web 服務器的選擇分隔開來，不再相互限制。現在，你可以真正地將不同的 Web 服務器與Web框架進行混合搭配，選擇滿足自己需求的組合。例如，可以使用 Gunicorn 或Nginx/uWSGI來運行Django、Flask或web.py應用。

下一篇我們將會仔細分析 WSGI 接口標準，然后一起來寫一個簡單的 WSGI Web 服務器。

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本文標題為: 從零開始搭建論壇（一）：Web服務器與Web框架
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