flask route設計思路

發表於2016-03-31

引言

本文主要梳理了flask原始碼中route的設計思路。
首先，從WSGI協議的角度介紹flask route的作用；
其次，詳細講解如何藉助werkzeug庫的Map、Rule實現route；
最後，梳理了一次完整的http請求中route的完整流程。

flask route 設計思路

原始碼版本說明

本文參考的是flask 0.5版本的程式碼。
flask 0.1版本的程式碼非常短，只有600多行，但是這個版本缺少blueprint機制。
因此，我參考的是0.5版本。

flask route示例

直接使用flask官方文件中的例子

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def hello_world():
    return 'Hello World!'

@app.route('/post/')
def show_post(post_id):
    # show the post with the given id, the id is an integer
    return 'Post %d' % post_id

if __name__ == '__main__':
    app.run()

from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route('/')

def hello_world():

return 'Hello World!'

@app.route('/post/')

def show_post(post_id):

# show the post with the given id, the id is an integer

return 'Post %d' % post_id

if __name__ == '__main__':

app.run()

此例中，使用app.route裝飾器，完成了以下兩個url與處理函式的route:

{ 
    '/': hello_world, 
    '/post/' : show_post
}

{

'/': hello_world,

'/post/' : show_post

}

這樣做的效果為：
當http請求的url為’/’時，flask會呼叫hello_world函式；
當http請求的url為’/post/’（例如/post/32）時，flask會呼叫show_post函式；

flask route的作用

從上面的示例中其實可以明白：flask route的作用就是建立url與處理函式的對映。

WSGI協議將處理請求的元件按照功能及呼叫關係分成了三種：server, middleware, application。
其中，server可以呼叫middleware和application，middleware可以呼叫application。

符合WSGI的框架對於一次http請求的完整處理過程為：
server讀取解析請求，生成environ和start_response，然後呼叫middleware；
middleware完成自己的處理部分後，可以繼續呼叫下一個middleware或application，形成一個完整的請求鏈；
application位於請求鏈的最後一級，其作用就是生成最終的響應。

 http伺服器（比如，nginx）--> WSGI server(比如gunicorn，SimpleHttpServer)-->middleware-->
 middleware--> ... -->application

1 2	http伺服器（比如，nginx）--> WSGI server(比如gunicorn，SimpleHttpServer)-->middleware--> middleware--> ... -->application

如果接觸過Java Web 開發的人可能會立刻發現，這與servlet中的middleware機制是完全一致的。

特別重要的：

在上一小節的示例中app = Flask(__name__)建立了一個middleware，
而這個middleware的核心作用是進行請求轉發（request dispatch）。

上面這句話非常重要，請在心裡重複一百遍。
上面這句話非常重要，請在心裡重複一百遍。
上面這句話非常重要，請在心裡重複一百遍。

進行請求轉發的前提就是能夠建立url與處理函式之間的對映關係，即route功能。
因此，在flask中，route是Flask類的一個裝飾器。

flask route的實現思路

通過上一小節，我們知道以下兩點：

flask route 是url與處理函式的對映關係；
在http請求時，Flask這個middleware負責完成對url對應的處理函式的呼叫；

那麼，如果是我們自己來實現route，思路也很簡單：

建立一個類Flask，這個類是一個middleware，並且有一個字典型的成員變數url_map；
url_map = {url : function}
當http請求時，進行request dispatch：根據url，從url_map中找到function，然後呼叫function；
呼叫後續的middleware或application，並把function的結果傳遞下去。

flask的實現思路也是這樣的。

class Flask(object):

    def __init__(self):
        self.url_map = {}  # 此處定義儲存url與處理函式的對映關係

    def __call__(self, environ, start_response):  # 根據WSGI協議，middleware必須是可呼叫物件
        self.dispatch_request(）    # Flask的核心功能 request dispatch
        return application(environ, start_response)  #最後呼叫下一級的application

    def route(self, rule):  # Flask使用裝飾器來完成url與處理函式的對映關係建立
        def decorator(f):   # 簡單，侵入小，優雅
            self.url_map[rule] = f
            return f
        return decorator

    def dispath_request(self):
        url = get_url_from_environ() #解析environ獲得url 
        return self.url_map[url]() #從url_map中找到對應的處理函式，並呼叫

class Flask(object):

def __init__(self):

self.url_map = {} # 此處定義儲存url與處理函式的對映關係

def __call__(self, environ, start_response): # 根據WSGI協議，middleware必須是可呼叫物件

self.dispatch_request(） # Flask的核心功能 request dispatch

return application(environ, start_response) #最後呼叫下一級的application

def route(self, rule): # Flask使用裝飾器來完成url與處理函式的對映關係建立

def decorator(f): # 簡單，侵入小，優雅

self.url_map[rule] = f

return f

return decorator

def dispath_request(self):

url = get_url_from_environ() #解析environ獲得url

return self.url_map[url]() #從url_map中找到對應的處理函式，並呼叫

至此，一個簡單的Flaskmiddleware的骨架就完成了。
上面的Flask類主要功能包括：

符合WSGI協議的middleware：可被呼叫，並且可以呼叫application
能夠儲存url與處理函式的對映資訊
能夠根據url找到處理函式並呼叫（即，request dispatch）

當然，在實際中，不可能這麼簡單，但是基本思路是一致的。

werkzeug庫中的Map與Rule在Flask中的應用

需要指出，上面實現的最簡單的Flask類還是有很多問題的。
比如，HTTP請求中相同的url，不同的請求方法，比如GET，POST如果對應不同的處理函式，該如何處理？

flask使用了werkzeug庫中的Map和Rule來管理url與處理函式對映關係。

首先需要簡單瞭解一下Map和Rule的作用：
在werkzeug中，Rule的主要作用是儲存了一組url，endpoint，methods關係：
每個(url, endpoint, methods)都有一個對應的Rule物件：
其實現如下：

class Rule(object):
    def __init__(self, url, endpoint, methods):
        self.rule = url
        self.endpoint = endpoint
        self.methods = methods

class Rule(object):

def __init__(self, url, endpoint, methods):

self.rule = url

self.endpoint = endpoint

self.methods = methods

這裡需要解釋一下endpoint：
前面說過：url與其處理函式可以使用一個字典來實現：{url: function}

flask在實現的時候，在中間加了一箇中介endpoint，於是，url與處理函式的對映變成了這樣：

url-->endpoint-->function #一個url對應一個endpoint，一個endpoint對應一個function
{url: endpoint} # 儲存url與endpoint之間的關係
{endpoint: function} #儲存endpoint與function之間的關係

url-->endpoint-->function #一個url對應一個endpoint，一個endpoint對應一個function

{url: endpoint} # 儲存url與endpoint之間的關係

{endpoint: function} #儲存endpoint與function之間的關係

於是，剛才我們實現的簡單的flask骨架中{url: function}的字典，就變成了{endpoint: function}，
而{url: endpoint}這個對映關係就需要藉助Map和Rule這兩個類來完成。

可以發現：endpoint就是url和處理函式對映關係中的一箇中介，所以，它可以是任何可以用作字典鍵的值，比如字串。
但是在實際使用中endpoint，一般endpoint均為字串，並且預設情況下：

如果是通過Flask.route裝飾器建立的對映關係，那麼endpoint就是處理函式的函式名；
如果是通過blueprint建立的對映關係，那麼endpoint是blueprint名.處理函式名；

因為，每建立一個url-->endpoint-->function關係就會建立一個Rule物件，所以，會有很多Rule物件存在。
Map的作用則是儲存所有Rule物件。
所以，一般情況下Map的用法如下：

    m = Map([
            Rule('/', endpoint='index'),
            Rule('/downloads/', endpoint='downloads/index'),
            Rule('/downloads/', endpoint='downloads/show')
           ])

m = Map([

Rule('/', endpoint='index'),

Rule('/downloads/', endpoint='downloads/index'),

Rule('/downloads/', endpoint='downloads/show')

])

在flask的原始碼中

class Flask(object):
    def __init__(self):
        self.url_map = Map()  # url_map為儲存所有Rule關係的容器Map
        self.view_functions = {} # view_functions儲存endpoint-->function

class Flask(object):

def __init__(self):

self.url_map = Map() # url_map為儲存所有Rule關係的容器Map

self.view_functions = {} # view_functions儲存endpoint-->function

成員變數url_map儲存所有的(url, endpoint, method)關係
成員變數view_functions儲存所有的{endpoint, function}關係

所以，對於一個url，只要能找到(url,endpoint,method)，就能根據endpoint找到對應的function。

route的完整流程

首先，建立Flask物件：

app = Flask(__name__)

1	app = Flask(__name__)

然後，建立url與function之間的對映關係：

@app.route('/')
def hello_world():
    return 'Hello World!'

@app.route('/')

def hello_world():

return 'Hello World!'

在裝飾器route中，建立(url, endpoint, method)和{endpoint: function}兩組對映關係：

if endpoint is None:
    endpoint = view_func.__name__ # 預設使用響應函式名作為endpoint
self.url_map.add(Rule(url, endpoint, method)) # 儲存(url, endpoint, method)對映關係
self.view_functions[endpoint] = view_func  # 儲存{endpoint: function}對映關係

if endpoint is None:

endpoint = view_func.__name__ # 預設使用響應函式名作為endpoint

self.url_map.add(Rule(url, endpoint, method)) # 儲存(url, endpoint, method)對映關係

self.view_functions[endpoint] = view_func # 儲存{endpoint: function}對映關係

這樣，就完成了對url和響應函式的對映關係。

下一步，呼叫WSGI server響應http請求，在文章開始的示例中使用：

app.run()

app.run()

呼叫python標準庫提供的WSGI server，在實際使用時，可能是gunicorn或uwsgi。

不論server是什麼，最終都會呼叫Flask.__call__函式。這個函式完成request dispatch的任務。

對於request dispatch而言，首先根據請求，解析environ，得到url，
然後呼叫Map.match函式，這個函式會最終找到預先儲存的(url, endpoint, method)對映，
然後返回(endpoint, url請求引數)，
由於得到了endpoint,然後，可以從Flask.view_functions中直接取到對應的響應函式，
所以，可以直接進行函式呼叫

self.view_functions[endpoint](url請求引數)

1	self.view_functions[endpoint](url請求引數)

至此，就完成了完整的route。

總結

flask的Flask類是WSGI的dispatch middleware；
Flask的url_map儲存所有的(url, endpoint, method)對映關係；
Flask的view_functions儲存所有的{endpoint: function}對映關係；
dispath request就是根據url找到endpoint，再根據endpoint找到function，最後呼叫function的過程

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