01-02 Web应用 - 图1

一 Web应用的组成

接下来我们的目的是为了开发一个Web应用程序，而Web应用程序是基于B/S架构的，其中B指的是浏览器，负责向S端发送请求信息，而S端会根据接收到的请求信息返回相应的数据给浏览器，需要强调的一点是：S端由server和application两大部分构成，如图所示：

上图：Web应用组成
01-02 Web应用 - 图2

二开发一个Web应用

我们无需开发浏览器（本质即套接字客户端），只需要开发S端即可，S端的本质就是用套接字实现的，如下

# S端
import socket
def make_server(ip, port, app):  # 代表server
    sock = socket.socket()
    sock.bind((ip, port))
    sock.listen(5)
    print('Starting development server at http://%s:%s/' %(ip,port))
    while True:
        conn, addr = sock.accept()
        # 1、接收浏览器发来的请求信息
        recv_data = conn.recv(1024)
        # print(recv_data.decode('utf-8'))
        # 2、将请求信息直接转交给application
        res = app(recv_data)
        # 3、向浏览器返回消息（此处并没有按照http协议返回）
        conn.send(res)
        conn.close()
def app(environ):  # 代表application
    # 处理业务逻辑
    return b'hello world'
if __name__ == '__main__':
    make_server('127.0.0.1', 8008, app)  # 在客户端浏览器输入：http://127.0.0.1:8008 会报错（注意：请使用谷歌浏览器）

目前S端已经可以正常接收浏览器发来的请求消息了，但是浏览器在接收到S端回复的响应消息b’hello world’时却无法正常解析，因为浏览器与S端之间收发消息默认使用的应用层协议是HTTP，浏览器默认会按照HTTP协议规定的格式发消息，而S端也必须按照HTTP协议的格式回消息才行

S端修订版本：处理HTTP协议的请求消息，并按照HTTP协议的格式回复消息

# S端
import socket
def make_server(ip, port, app): # 代表server
    sock = socket.socket()
    sock.bind((ip, port))
    sock.listen(5)
    print('Starting development server at http://%s:%s/' %(ip,port))
    while True:
        conn, addr = sock.accept()
        # 1、接收并处理浏览器发来的请求信息
        # 1.1 接收浏览器发来的http协议的消息
        recv_data = conn.recv(1024)
        # 1.2 对http协议的消息加以处理，简单示范如下
        ll=recv_data.decode('utf-8').split('\r\n')
        head_ll=ll[0].split(' ')
        environ={}
        environ['PATH_INFO']=head_ll[1]
        environ['method']=head_ll[0]
        # 2：将请求信息处理后的结果environ交给application，这样application便无需再关注请求信息的处理，可以更加专注于业务逻辑的处理
        res = app(environ)
        # 3：按照http协议向浏览器返回消息
        # 3.1 返回响应首行
        conn.send(b'HTTP/1.1 200 OK\r\n')
        # 3.2 返回响应头（可以省略）
        conn.send(b'Content-Type: text/html\r\n\r\n')
        # 3.3 返回响应体
        conn.send(res)
        conn.close()
def app(environ): # 代表application
    # 处理业务逻辑
    return b'hello world'
if __name__ == '__main__':
    make_server('127.0.0.1', 8008, app)

此时，重启S端后，再在客户端浏览器输入：http://127.0.0.1:8008 便可以看到正常结果hello world了。

我们不仅可以回复hello world这样的普通字符，还可以夹杂html标签，浏览器在接收到消息后会对解析出的html标签加以渲染

# S端
import socket
def make_server(ip, port, app): 
    sock = socket.socket()
    sock.bind((ip, port))
    sock.listen(5)
    print('Starting development server at http://%s:%s/' %(ip,port))
    while True:
        conn, addr = sock.accept()
        recv_data = conn.recv(1024)
        ll=recv_data.decode('utf-8').split('\r\n')
        head_ll=ll[0].split(' ')
        environ={}
        environ['PATH_INFO']=head_ll[1]
        environ['method']=head_ll[0]
        res = app(environ)
        conn.send(b'HTTP/1.1 200 OK\r\n')
        conn.send(b'Content-Type: text/html\r\n\r\n')
        conn.send(res)
        conn.close()
def app(environ):
    # 返回html标签
    return b'<h1>hello web</h1><img src="https://www.baidu.com/img/bd_logo1.png"></img>'
if __name__ == '__main__':
    make_server('127.0.0.1', 8008, app)

更进一步我们还可以返回一个文件，例如timer.html，内容如下

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
</head>
<body>
<h2>{{ time }}</h2>
</body>
</html>

S端程序如下

# S端
import socket
def make_server(ip, port, app): # 代表server
    sock = socket.socket()
    sock.bind((ip, port))
    sock.listen(5)
    print('Starting development server at http://%s:%s/' %(ip,port))
    while True:
        conn, addr = sock.accept()
        recv_data = conn.recv(1024)
        ll=recv_data.decode('utf-8').split('\r\n')
        head_ll=ll[0].split(' ')
        environ={}
        environ['PATH_INFO']=head_ll[1]
        environ['method']=head_ll[0]
        res = app(environ)
        conn.send(b'HTTP/1.1 200 OK\r\n')
        conn.send(b'Content-Type: text/html\r\n\r\n')
        conn.send(res)
        conn.close()
def app(environ):
    # 处理业务逻辑：打开文件，读取文件内容并返回
    with open('timer.html', 'r', encoding='utf-8') as f:
        data = f.read()
    return data.encode('utf-8')
if __name__ == '__main__':
    make_server('127.0.0.1', 8008, app)

上述S端为浏览器返回的都是静态页面（内容都固定的），我们还可以返回动态页面（内容是变化的）

# S端
import socket
def make_server(ip, port, app): # 代表server
    sock = socket.socket()
    sock.bind((ip, port))
    sock.listen(5)
    print('Starting development server at http://%s:%s/' %(ip,port))
    while True:
        conn, addr = sock.accept()
        recv_data = conn.recv(1024)
        ll=recv_data.decode('utf-8').split('\r\n')
        head_ll=ll[0].split(' ')
        environ={}
        environ['PATH_INFO']=head_ll[1]
        environ['method']=head_ll[0]
        res = app(environ)
        conn.send(b'HTTP/1.1 200 OK\r\n')
        conn.send(b'Content-Type: text/html\r\n\r\n')
        conn.send(res)
        conn.close()
def app(environ):
    # 处理业务逻辑
    with open('timer.html', 'r', encoding='utf-8') as f:
        data = f.read()
    import time
    now = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
    data = data.replace('{{ time }}', now)  # 字符串替换
    return data.encode('utf-8')
if __name__ == '__main__':
    make_server('127.0.0.1', 8008, app) # 在浏览器输入http://127.0.0.1:8008,每次刷新都会看到不同的时间

三 Web框架的由来

综上案例我们可以发现一个规律，在开发S端时，server的功能是复杂且固定的（处理socket消息的收发和http协议的处理），而app中的业务逻辑却各不相同（不同的软件就应该有不同的业务逻辑），重复开发复杂且固定的server是毫无意义的，有一个wsgiref模块帮我们写好了server的功能，这样我们便只需要专注于app功能的编写即可

# wsgiref实现了server，即make_server
from wsgiref.simple_server import make_server 
def app(environ, start_response): # 代表application 
    # 1、返回http协议的响应首行和响应头信息
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
    # 2、处理业务逻辑：根据请求url的不同返回不同的页面内容
    if environ.get('PATH_INFO') == '/index':
        with open('index.html','r', encoding='utf-8') as f:
            data=f.read()
    elif environ.get('PATH_INFO') == '/timer':
        with open('timer.html', 'r', encoding='utf-8') as f:
            data = f.read()
        import time
        now = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
        data = data.replace('{{ time }}', now)  # 字符串替换
    else:
        data='<h1>Hello, web!</h1>'
    # 3、返回http响应体信息，必须是bytes类型，必须放在列表中
    return [data.encode('utf-8')]
if __name__ == '__main__':
    # 当接收到请求时，wsgiref模块会对该请求加以处理，然后后调用app函数，自动传入两个参数：
    # 1 environ是一个字典，存放了http的请求信息
    # 2 start_response是一个功能，用于返回http协议的响应首行和响应头信息
    s = make_server('', 8011, app) # 代表server
    print('监听8011')
    s.serve_forever() # 在浏览器输入http://127.0.0.1:8011/index和http://127.0.0.1:8011/timer会看到不同的页面内容

timer.html已经存在了，新增的index.html页面内容如下：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
</head>
<body>
    <h1>主页</h1>
</body>
</html>

上述案例中app在处理业务逻辑时需要根据不同的url地址返回不同的页面内容，当url地址越来越多，需要写一堆if判断，代码不够清晰，耦合程度高，所以我们做出以下优化

# 处理业务逻辑的函数
def index(environ):
    with open('index.html', 'r', encoding='utf-8') as f:
        data = f.read()
    return data.encode('utf-8')
def timer(environ):
    import datetime
    now = datetime.datetime.now().strftime('%y-%m-%d %X')
    with open('timer.html', 'r', encoding='utf-8') as f:
        data = f.read()
    data = data.replace('{{ time }}', now)
    return data.encode('utf-8')
# 路径跟函数的映射关系
url_patterns = [
    ('/index', index),
    ('/timer', timer),
]
from wsgiref.simple_server import make_server
def app(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
    # 拿到请求的url并根据映射关系url_patters执行相应的函数
    reuqest_url = environ.get('PATH_INFO')
    for url in url_patterns:
        if url[0] == reuqest_url:
            data = url[1](environ)
            break
    else:
        data = b'404'
    return [data]
if __name__ == '__main__':
    s = make_server('', 8011, app)
    print('监听8011')
    s.serve_forever()

随着业务逻辑复杂度的增加，处理业务逻辑的函数以及url_patterns中的映射关系都会不断地增多，此时仍然把所有代码都放到一个文件中，程序的可读性和可扩展性都会变得非常差，所以我们应该将现有的代码拆分到不同文件中

插图：
01-02 Web应用 - 图3

mysite # 文件夹
    ├── app01 # 文件夹
    │   └── views.py
    ├── mysite # 文件夹
    │   └── urls.py
    └── templates # 文件夹
    │   ├── index.html
    │   └── timer.html
    ├── main.py

views.py 内容如下：

# 处理业务逻辑的函数
def index(environ):
    with open('templates/index.html', 'r',encoding='utf-8') as f: # 注意文件路径
        data = f.read()
    return data.encode('utf-8')
def timer(environ):
    import datetime
    now = datetime.datetime.now().strftime('%y-%m-%d %X')
    with open('templates/timer.html', 'r',encoding='utf-8') as f: # 注意文件路径
        data = f.read()
    data=data.replace('{{ time }}',now)
    return data.encode('utf-8')

urls.py内容如下：

# 路径跟函数的映射关系
from app01.views import * # 需要导入views中的函数
url_patterns = [
    ('/index', index),
    ('/timer', timer),
]

main.py 内容如下：

from wsgiref.simple_server import make_server
from mysite.urls import url_patterns  # 需要导入urls中的url_patterns
def app(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
    # 拿到请求的url并根据映射关系url_patters执行相应的函数
    reuqest_url = environ.get('PATH_INFO')
    for url in url_patterns:
        if url[0] == reuqest_url:
            data = url[1](environ)
            break
    else:
        data = b'404'
    return [data]
if __name__ == '__main__':
    s = make_server('', 8011, app)
    print('监听8011')
    s.serve_forever()

至此，我们就针对application的开发自定义了一个框架，所以说框架的本质就是一系列功能的集合体、不同的功能放到不同的文件中。有了该框架，可以让我们专注于业务逻辑的编写，极大的提高了开发web应用的效率（开发web应用的框架可以简称为web框架），比如我们新增一个业务逻辑，要求为：浏览器输入http://127.0.0.1:8011/home 就能访问到home.html页面，在框架的基础上具体开发步骤如下：

步骤一：在templates文件夹下新增home.html

步骤二：在urls.py的url_patterns中新增一条映射关系

url_patterns = [
    ('/index', index),
    ('/timer', timer),
    ('/home', home), # 新增的映射关系
]

步骤三：在views.py中新增一个名为home的函数

def home(environ):
    with open('templates/home.html', 'r',encoding='utf-8') as f: 
        data = f.read()
    return data.encode('utf-8')

我们自定义的框架功能有限，在Python中我们可以使用别人开发的、功能更强大的Django框架

四 Django框架的使用

4.1 Django项目目录结构

mysite
     mysite文件夹      # 项目同名文件夹
        settings.py # django暴露给用户可以配置的配置文件
        urls.py     # 路由与视图函数(可以是函数也可是类)对应关系(路由层)
        wsgi.py        # 忽略
    app01文件夹      # 应用(可以有多个)
        migrations文件夹   # 存储数据库记录相关(类似于操作日志)
        admin.py    # django后台管理
        apps.py     # 注册app
        models.py   # 数据库相关(模型层)
        tests.py    # 测试文件
        views.py    # 视图函数(视图层)
    db.sqlite3        # django自带的小型数据库
    manage.py        # django入口文件
    templates       # 模板文件(存储html文件)(模板层)

4.2 基于Django实现的一个简单示例

（1）url.py

from django.contrib import admin
from django.conf.urls import url
#导入views模块
from app01 import views
urlpatterns = [
    url(r'^admin/', admin.site.urls),
    # r'^index/$' 会正则匹配url地址的路径部分
    url(r'^index/$',views.index), # 新增地址http://127.0.0.1:8001/index/与index函数的映射关系
]

（2）视图

from django.shortcuts import render
# 必须定义一个request形参，request相当于我们自定义框架时的environ参数
def index(request):
    import datetime
    now=datetime.datetime.now()
    ctime=now.strftime("%Y-%m-%d %X")
    return render(request,"index.html",{"ctime":ctime}) # render会读取templates目录下的index.html文件的内容并且用字典中的ctime的值替换模版中的{{ ctime }}

（3）模版

在templates目录下新建文件index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
</head>
<body>
<h4>当前时间:{{ ctime }}</h4>
</body>
</html>

测试：

# 命令行终端
python manage.py runserver 8001
# 浏览器
在浏览器输入：http://127.0.0.1:8001/index/ 会看到当前时间。

4.3 Django框架的分层与请求生命周期

综上，我们使用Django框架就是为了开发application，而application的工作过程本质就是根据不同的请求返回不同的数据，Django框架将这个工作过程细分为如下四层去实现
1、路由层（根据不同的地址执行不同的视图函数，详见urls.py）
2、视图层（定义处理业务逻辑的视图函数，详见views.py）
3、模型层（跟数据库打交道的，详解models.py）
4、模板层（待返回给浏览器的html文件，详见templates）
django请求生命周期
01-02 Web应用 - 图4
这体现了一种解耦合的思想，下面我们开始详细介绍每一层

01-02 Web应用