how-to-deploy-flask-apps

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我原來寫過一篇《基於nginx和uWSGI在Ubuntu上部署Django》的文章，很受歡迎。這是個指導開發者一步一步部署的教程，雖然基於此，有心的開發者能悟出一些更加深入的內容，但文章本身並沒有點透，可能有不少新手看完文章，只能知其然而不知其所以然。

Flask部署的非常簡單，網上搜尋如何部署Flask應用，能搜到中英文的很多資料，但基本上也都幾句話帶過，這讓很多稍有經驗的“新手”很沒底。

所以Gevin前段時間仔細研究了一些相關資料，寫了這篇比較深入的介紹Flask部署的文章，既為Flask（並推廣到其他Python web框架）部署做了更加深入了闡述，也算是對上面Django部署文章在另一個維度上的補充。希望對大家能有所幫助。

1. Why Flask+Gunicorn+Nginx

Flask+Gunicorn+Nginx是最常用的Flask部署方案，大家深究過為何用這樣的搭配麼？

1.1 Why?

Flask 是一個web框架，而非web server，直接用Flask拉起的web服務僅限於開發環境使用，生產環境不夠穩定，也無法承受大量請求的併發，在生茶環境下需要使用伺服器軟體來處理各種請求，如Gunicorn、 Nginx或Apache，而Gunicorn+Nginx的搭配，好處多多，一方面基於Nginx轉發Gunicorn服務，在生產環境下能補充Gunicorn服務在某些情況下的不足，另一方面，如果做一個Web網站，除了服務外，還有很多靜態檔案需要被託管，這是Nginx的強項，也是Gunicorn不適合做的事情。所以，基於Flask開發的網站，部署時用Gunicorn和Nginx，是一個很好的選擇。

1.2 Anything More?

1、為什麼需要Nginx轉發Gunicorn服務？

Nginx功能強大，使用Nginx有諸多好處，但用Nginx轉發Gunicorn服務，重點是解決“慢客戶端行為”給伺服器帶來的效能降低問題；另外，在網際網路上部署HTTP服務時，還要考慮的“快客戶端響應”、SSL處理和高併發等問題，而這些問題在Nginx上一併能搞定，所以在Gunicorn服務之上加一層Nginx反向代理，是個一舉多得的部署方案。

2、為什麼會有“慢客戶端行為”帶來的服務效能降低問題？

伺服器和客戶端的通訊，我們簡略的分為三個部分：request，request handling，和response，即客戶端向伺服器發起請求，伺服器端響應並處理請求，和將請求結果返回客戶端，這三個過程。

通常，request handling這部分即服務端的計算，拼的是伺服器的效能，處理是比較高效和穩定的，而request和response部分，影響因素比較多，如果這三個過程放到同一個程式中同步處理，如果request和response部分耗時比較多，會使計算資源被佔據並無法及時釋放，導致計算資源無法有效利用，降低伺服器的處理能力。

上述“慢客戶端行為”，指的就是request（或response）部分耗時比較多的情況，Gunicorn恰好會把上面三個過程放到同一個程式中，當出現“慢客戶端行為”時，效率很低：

Gunicorn 是一個pre-forking的軟體，這類軟體對低延遲的通訊，如負載均衡或服務間的互相通訊，是非常有效的。但pre-forking系統的不足是，每個通訊都會獨佔一個程式，當向伺服器發出的請求多於伺服器可用的程式時，由於伺服器端沒有更多程式響應新的請求，其響應效率會降低。

對於Web網站或服務而言，由於request和response延時是不可控的，我們需要在考慮處理高延遲客戶端請求的情況。這些請求會佔據伺服器端的程式。當慢客戶端直接與服務通訊時，由於慢客戶端請求會佔據程式，可用於處理新請求的程式就會減少，如果有很多慢客戶端請求把所有程式都佔據後，新的請求只能等待有程式被釋放掉後，得到響應。另外，如果應用希望有更高的併發，伺服器與客戶端的通訊要更高效，非同步的通訊會比同步的通訊更有效。

Nginx這類非同步的伺服器軟體擅長用很少的記憶體和cpu開銷來處理大量的請求。由於他們擅長於同時處理大量客戶端請求，所以慢客戶端請求對他們影響不大。就Nginx而言，現在一般的伺服器硬體條件下，同時處理上萬個請求都不在話下。

所以把Nginx擋在pre-forking服務前面處理請求是一種很好的選擇。Nginx能夠非同步、高併發的響應客戶端request（慢客戶端請求對Nginx影響不大），Nginx一旦接收到的請求後立刻轉給Gunicorn服務處理，處理結果再由Nginx以response的形式發回給客戶端。這樣，整個服務端和客戶端的通訊，就由原來僅透過Gunicorn的同步通訊，變成了基於Nginx和Gunicorn的非同步通訊，通訊效率和併發能力得到大大提升。

對於網站而言，除了要考慮上面介紹的情況，還要考慮各種靜態檔案的託管問題。靜態檔案既包括CSS、JavaScript等前端檔案，也包括圖片、影片和各類文件等，所以靜態檔案要麼可能會比較大，要麼會呼叫比較頻繁，靜態檔案的託管功能，就是要保證各類靜態能正常的載入、預覽或下載，這其實就是Response耗時長的“慢客戶端行為”。用Gunicorn託管靜態檔案，也會嚴重影響Gunicorn的響應效率，而這恰恰又是Nginx擅長的工作，所以靜態檔案的託管也交給Nginx搞定就好。

2. Flask網站如何部署

結合上一節的解釋，Flask網站如何部署也很明確了：

用一個伺服器軟體（如Gunicorn）把Flask寫好的應用拉起來
用Nginx給上一步拉起的應用做一個反向代理
網站涉及到的靜態檔案，用Nginx做檔案託管

常見的伺服器軟體是Gunicorn和uWSGI，由於Gunicorn配置使用簡單，效率也不錯，Gunicorn拉起Flask網站的配置極為簡單，所以通常用Gunicorn來部署Flask網站是最常見的部署方案。（另，Gevin個人還有一個喜歡Gunicorn的原因是，Gunicorn是純Python寫的，直接pip安裝即可，而uwsgi還要系統裝額外的依賴，這在與docker配合使用時，Gunicorn的簡單性尤為突出）

對於靜態檔案的託管，由於在開發階段通常會基於Flask框架做靜態檔案託管的實現，所以當用Gunicorn拉起Flask網站時，網站已經實現了基於Gunicorn的檔案託管功能，所以配置Nginx的靜態檔案託管URL時，可以直接配置成與基於Gunicorn託管一致的檔案路徑，這樣能簡化開發和部署的邏輯，而且由於Nginx比Gunicorn更靠外一層，客戶端請求靜態檔案時，Nginx就直接返回Response了，不用擔心會請求到Gunicorn中去影響伺服器效率。

2.1 Gunicorn

Gunicorn如何部署Flask網站，直接看Flask或Gunicorn官方檔案即可，通常只要執行類似下面的一行命令：

/usr/local/bin/gunicorn -w 2 -b :4000 manage:app

2.2 Nginx

用Nginx做反向代理和託管靜態檔案，也很簡單，我這裡提供一個可用Demo，更多玩法大家自行查閱Nginx文件吧

server {
    listen 80;

    server_name localhost;

    access_log  /var/log/nginx/access.log;
    error_log  /var/log/nginx/error.log;

    location / {
        proxy_pass         http://localhost:8000/;
        proxy_redirect     off;

        proxy_set_header   Host             $http_host;
        proxy_set_header   X-Real-IP        $remote_addr;
        proxy_set_header   X-Forwarded-For  $proxy_add_x_forwarded_for;

    }

    location /media  {
        alias /usr/share/nginx/html/media;  
    }

    location /static  {
        alias /usr/share/nginx/html/static;  
    }
}

其中，做反向代理的配置是：

    location / {
        proxy_pass         http://localhost:8000/;
        proxy_redirect     off;

        proxy_set_header   Host             $http_host;
        proxy_set_header   X-Real-IP        $remote_addr;
        proxy_set_header   X-Forwarded-For  $proxy_add_x_forwarded_for;

    }

做靜態檔案託管的配置是：

    location /media  {
        alias /usr/share/nginx/html/media;  
    }

    location /static  {
        alias /usr/share/nginx/html/static;  
    }

我這裡對兩個資料夾的檔案做了託管。

3. 基於Docker的Flask網站部署

Docker具有一次部署，到處執行的好處，把上述傳統部署的方法，封裝到docker image中，然後配合Docker Compose編排服務，在實踐中更方便。

3.1 構建Flask網站的映象

通常，映象中包含Flask網站的執行環境，然後把Gunicorn拉起服務作為image的執行命令即可，比如，我的OctBlog的Dockerfile編寫如下：

# MAINTAINER        Gevin <flyhigher139@gmail.com>
# DOCKER-VERSION    18.03.0-ce, build 0520e24

FROM python:3.6.5-alpine3.7
LABEL maintainer="flyhigher139@gmail.com"

RUN mkdir -p /usr/src/app  && \
    mkdir -p /var/log/gunicorn

WORKDIR /usr/src/app
COPY requirements.txt /usr/src/app/requirements.txt

RUN pip install --no-cache-dir gunicorn && \
    pip install --no-cache-dir -r /usr/src/app/requirements.txt

COPY . /usr/src/app


ENV PORT 8000
EXPOSE 8000 5000

CMD ["/usr/local/bin/gunicorn", "-w", "2", "-b", ":8000", "manage:app"]

這裡，Gevin直接用了最小的Python-alpine映象作為基礎映象，大大減少了即將構建的Flask應用映象的體積。對於alpine這種只有幾M的極簡image而言，不安裝其他系統依賴，直接pip install uwsgi就會報錯。

3.2 Nginx 相關的配置

Nginx上主要做反向代理和靜態檔案託管，和上面的配置檔案一致，如：

server {
    listen 80;

    server_name localhost;

    access_log  /var/log/nginx/access.log;
    error_log  /var/log/nginx/error.log;

    location / {
        proxy_pass         http://blog:8000/;
        proxy_redirect     off;

        proxy_set_header   Host             $http_host;
        proxy_set_header   X-Real-IP        $remote_addr;
        proxy_set_header   X-Forwarded-For  $proxy_add_x_forwarded_for;

    }

    location /media  {
        alias /usr/share/nginx/html/media;  
    }

    location /static  {
        alias /usr/share/nginx/html/static;  
    }
}

這個配置檔案和上一章節的唯一區別是，第10行的proxy_pass http://blog:8000/; 這裡的反向代理的服務為blog，是下面Docker-compose中配置的OctBlog網站服務。

3.3 用Docker-compose編排服務

OctBlog的Docker-compose編排檔案如下：

version: '3'
services:
  blog:
    # restart: always
    image: gevin/octblog:0.4.1
    volumes:
      - blog-static:/usr/src/app/static
    env_file: .env
    networks:
      - webnet

  mongo:
    # restart: always
    image: mongo:3.2
    volumes:
      - /Users/gevin/projects/data/mongodb:/data/db
    networks:
      - webnet

  blog-proxy:
    # restart: always
    image: nginx:stable-alpine
    ports:
      - "8080:80"
    volumes:
      - ./default.conf:/etc/nginx/conf.d/default.conf
      - blog-static:/usr/share/nginx/html/static:ro
      - blog-static:/usr/share/nginx/html/media:ro
    networks:
      - webnet


volumes:
  blog-static:
networks:
  webnet:

其中，為了讓多個服務能互通，建立了自定義的network webnet，為了讓檔案能在多個服務之間共享，公用了volume blog-static。

4. 其他Python web網站的部署

基於上面的內容，舉一反三，我們也可以梳理出Python 各類web框架做網站部署時的一般套路：

用一個Python WSGI HTTP Server來部署程式碼，如:
- Green Unicorn
- uWSGI
- mod_wsgi
- CherryPy
用Nginx做反向代理
做好靜態檔案的託管

5. 注：

伺服器軟體除了Nginx外，還有Apache等其他選項，Gevin對其他伺服器軟體部署Python網站理解不深入，所以本文並未涉及。
OctBlog的原始碼託管在GitHub上，大家可以搜尋flyhigher139/OctBlog這個repo檢視

本文撰寫時參考了以下內容，大家可以做延伸擴充套件：

Why flask + nginx + gunicorn:

About Preforking:

The Preforking Model

Nginx serve flask static files:

最後，

前段時間，『極客時間』的專欄《從0開始學架構》，第18課《單伺服器高效能模式：PPC與TPC》，對pre-fork 及相關知識有更深的講解，對此感興趣的看我在本文留言區的廣告吧

注：轉載本文，請與Gevin聯絡

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