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python web开发网络编程 HTTP协议、Web服务器、WSGI接口

2021-12-31 225

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简介： python web开发网络编程 HTTP协议、Web服务器、WSGI接口

文章目录

1. HTTP协议

2. Web服务器

3. 静态服务器

创建 web_server.py

4. WSGI 接口

4.1 CGI 通用网关接口

4.2 WSGI

4.3 定义 WSGI 接口

4.4 运行 WSGI 服务

learning from 《python web开发从入门到精通》

1. HTTP协议

应用层最主要的协议：HTTP协议（HyperText Transfer Protocol 超文本传输协议）

用户访问网站时，用户浏览器是客户端（向服务器发请求），网站被称为服务器（收到请求，处理后的响应传给客户端），此过程通过 HTTP 协议实现

利用 TCP 在两台计算机（如Web服务器，客户端）之间传输信息，客户端使用 web浏览器发送 HTTP 请求给 web 服务器，服务器发送响应给客户端

2. Web服务器

当在浏览器中输入 url 后：

浏览器请求 DNS 服务器，进行域名解释，获得站点 IP 地址

发送一个 HTTP Request 请求给拥有该 IP 的主机

收到服务器返回的 HTTP Response响应，浏览器渲染效果后呈现给用户

Web 服务器工作原理：

建立连接：客户端通过 TCP/IP 协议建立到服务器的 TCP 连接

请求过程：客户端向服务器发送 HTTP协议请求包，请求资源

应答过程：服务器向客户端发送 HTTP协议应答包，如果资源包含动态语言内容，会先进行处理，得到的数据返回客户端，客户端解释 HTML 渲染在屏幕上

关闭连接：断开客户端和服务器

常用请求方法：

GET：请求指定页面

POST：提交数据（表单或者文件等）

HEAD：类似GET，但仅仅获取报头

PUT：取代服务器上的指定文档内容

DELETE：服务器删除指定页面

OPTIONS：允许客户端查看服务器性能

返回状态码：

1**：请求收到，继续处理

2**：成功返回响应

3**：重定向，为了完成请求，必须进一步执行的动作

4**：客户端错误，如语法错误，或者请求无法实现

5**：服务器错误，服务器不能实现一种明显无效的请求

浏览器按 F12 可以查看相关信息

3. 静态服务器

纯粹的 HTML 页面被称为 静态页面

例子：创建一个静态服务器，通过该服务器可以访问包含两个静态页面的网站

导航栏的网页 simple_navbar.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>使用bootstrap框架制作导航栏</title>
    <link href="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/twitter-bootstrap/5.0.2/css/bootstrap.css" rel="stylesheet">
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/jquery/3.6.0/jquery.js"></script>
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/popper.js/2.9.2/cjs/popper-base.js"></script>
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/twitter-bootstrap/5.0.2/js/bootstrap.js"></script>
</head>
<body>
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    <div class="container-fluid">
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                <li class="nav-item">
                    <a class="nav-link active" aria-current="page" href="https://michael.blog.csdn.net/">主页</a>
                </li>
                <li class="nav-item">
                    <a class="nav-link" href="#">链接</a>
                </li>
                <li class="nav-item dropdown">
                    <a class="nav-link dropdown-toggle" href="#" id="navbarDropdown" role="button"
                       data-bs-toggle="dropdown" aria-expanded="false">
                        关于作者
                    </a>
                    <ul class="dropdown-menu" aria-labelledby="navbarDropdown">
                        <li><a class="dropdown-item" href="#">简历</a></li>
                        <li><a class="dropdown-item" href="#">项目</a></li>
                        <li>
                            <hr class="dropdown-divider">
                        </li>
                        <li><a class="dropdown-item" href="contact.html">联系方式</a></li>
                    </ul>
                </li>
                <li class="nav-item">
                    <a class="nav-link disabled">商城</a>
                </li>
            </ul>
            <form class="d-flex">
                <input class="form-control me-2" type="search" placeholder="输入你的关键词" aria-label="Search">
                <button class="btn btn-outline-success" type="submit">站内搜索</button>
            </form>
        </div>
    </div>
</nav>
</body>
</html>

contact.html，在上面的基础上，添加一些额外的联系信息

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>联系michael</title>
    <link href="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/twitter-bootstrap/5.0.2/css/bootstrap.css" rel="stylesheet">
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/jquery/3.6.0/jquery.js"></script>
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/popper.js/2.9.2/cjs/popper-base.js"></script>
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/twitter-bootstrap/5.0.2/js/bootstrap.js"></script>
</head>
<body>
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    <div class="container-fluid">
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        <div class="collapse navbar-collapse" id="navbarSupportedContent">
            <ul class="navbar-nav me-auto mb-2 mb-lg-0">
                <li class="nav-item">
                    <a class="nav-link active" aria-current="page" href="https://michael.blog.csdn.net/">主页</a>
                </li>
                <li class="nav-item">
                    <a class="nav-link" href="#">链接</a>
                </li>
                <li class="nav-item dropdown">
                    <a class="nav-link dropdown-toggle" href="#" id="navbarDropdown" role="button"
                       data-bs-toggle="dropdown" aria-expanded="false">
                        关于作者
                    </a>
                    <ul class="dropdown-menu" aria-labelledby="navbarDropdown">
                        <li><a class="dropdown-item" href="#">简历</a></li>
                        <li><a class="dropdown-item" href="#">项目</a></li>
                        <li>
                            <hr class="dropdown-divider">
                        </li>
                        <li><a class="dropdown-item" href="contact.html">联系方式</a></li>
                    </ul>
                </li>
                <li class="nav-item">
                    <a class="nav-link disabled">商城</a>
                </li>
            </ul>
            <form class="d-flex">
                <input class="form-control me-2" type="search" placeholder="输入你的关键词" aria-label="Search">
                <button class="btn btn-outline-success" type="submit">站内搜索</button>
            </form>
        </div>
    </div>
</nav>
<div class="bs-docs-header" id="content" tabindex="-1">
    <div class="container">
        <h1> 联系michael </h1>
        <div class="lead">
            <address>
                电子邮件：<strong>michael@xxx.com</strong>
                <br>地址：地球村86号
                <br>邮政编码：<strong>xxxxxx</strong>
                <br><abbr title="Phone">联系电话:</abbr> 1234567890
            </address>
        </div>
    </div>
</div>
</body>
</html>

创建 web_server.py

实现客户端和服务器的 HTTP 通信

注：由于 HTML 里面写了很多下载的 css 文件地址，路径总是报错，最后还是 建议引用 CDN 写法，

<link href="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/twitter-bootstrap/5.0.2/css/bootstrap.css" rel="stylesheet">
<script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/jquery/3.6.0/jquery.js"></script>
<script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/popper.js/2.9.2/cjs/popper-base.js"></script>
<script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/twitter-bootstrap/5.0.2/js/bootstrap.js"></script>

import socket
import re
from multiprocessing import Process  # 多线程
HTML_ROOT_DIR = './'  # 设置静态页面的根目录
class HTTPServer:
    def __init__(self):
        self.server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    def start(self):
        self.server_socket.listen(128)  # 最大连接数128
        print("服务器等待客户端连接...")
        while True:
            client_socket, client_addr = self.server_socket.accept()  # 建立客户端连接
            print("[%s, %s]用户连接上了" % client_addr)
            handle_client_process = Process(target=self.handle_client, args=(client_socket,))
            # 实例化线程，第一个参数调用函数 ，第二个参数 传递给前者的参数，元组形式
            handle_client_process.start()  # 开启线程
            client_socket.close()  # 关闭客户端socket
    def handle_client(self, client_socket):
        # 处理客户端请求
        request_data = client_socket.recv(1024)  # 接收客户端请求
        print("request data:", request_data)
        request_lines = request_data.splitlines()  # 按行分割
        for line in request_lines:
            print(line)  # 输出信息
        request_start_line = request_lines[0]  # 获取请求报文
        print("*" * 10)
        print(request_start_line.decode("utf-8"))
        file_name = re.match(r"\w+ +(/[^ ]*) ", request_start_line.decode("utf-8")).group(1)
        # 使用正则表达式，提取请求的文件名，group(1) 列出第一个括号匹配部分
        if file_name == "/":
            file_name = "/simple_navbar.html"
        try:
            # 尝试打开文件
            file = open(HTML_ROOT_DIR + file_name, "rb")
        except IOError:
            # 读取文件失败，返回404
            response_start_line = "HTTP/1.1 404 Not Found\r\n"
            response_headers = "Server: Michael server\r\n"
            response_body = "The file %s is not found! please check again!" % (HTML_ROOT_DIR + file_name)
        else:
            file_data = file.read()
            file.close()
            # 构造响应数据
            response_start_line = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
            response_headers = "Server: Michael server\r\n"
            response_body = file_data.decode("utf-8")
        # 拼接返回数据
        response = response_start_line + response_headers + "\r\n" + response_body
        print("response data:", response)
        client_socket.send(bytes(response, "utf-8"))  # 向客户端发送响应数据
        client_socket.close()  # 关闭客户端连接
    def bind(self, port):
        self.server_socket.bind(("127.0.0.1", port))
def main():
    http_server = HTTPServer()
    http_server.bind(8000)
    http_server.start()
if __name__ == "__main__":
    main()

4. WSGI 接口

上面实现了一个静态服务器，但是现在很少使用，更多的是使用动态页面，实现交互性

例如，注册登录网站，用户输入数据，web服务器不处理用户数据（不是它的职责），CGI 诞生

4.1 CGI 通用网关接口

Common Gateway Interface 是一段程序，运行在服务器上

web 服务器将请求发送给 CGI 应用程序，再将 CGI 动态生成的 HTML 页面发送回客户端

CGI 局限性：创建完解释器进程，用完就抛弃，大量的请求导致服务器停机

CGI 加强版 FastCGI 出现，其使用进程/线程池来处理一连串的请求

减少了网页服务器与 CGI 程序之间交互的开销

4.2 WSGI

在 FastCGI 标准下写异步的 Web 服务不太方便，WSGI （Web Server Gateway Interface 服务器网关接口）出现

4.3 定义 WSGI 接口

最简单的web版本 hello world

def applications(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
    return [b'<h1>Hello, Michael!</h1>']

上面函数就是符合 WSGI 标准的一个 HTTP 处理函数

environ ：一个所有 HTTP 请求信息的字典对象

start_response：一个发送 HTTP 响应的函数

好处：web 解析和应用程序逻辑分离，可以各自做自己擅长的事

python 内置了 WSGI：wsgiref 模块（它没有考虑运行效率，仅供开发测试）

4.4 运行 WSGI 服务

wsgi_app.py

# wsgi 应用程序
def app(environ, start_response):
    # 响应信息
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
    file_name = environ['PATH_INFO'][1:] or 'simple_navbar.html'
    HTML_ROOT_DIR = './'
    try:
        # 打开文件
        file = open(HTML_ROOT_DIR + file_name, 'rb')
    except IOError:
        # 响应异常
        response_body = "{} not found".format(HTML_ROOT_DIR + file_name)
    else:
        # 读取文件
        file_data = file.read()
        file.close()
        # 构造响应数据
        response_body = file_data.decode('utf-8')
    return [response_body.encode('utf-8')]  # 返回数据

wsgi_server.py

# WSGI 服务器
from wsgiref.simple_server import make_server
from wsgi_app import app
# 创建一个服务器，IP地址为空，端口号为8000，处理函数是app
httpd = make_server('', 8000, app)
print('Serving HTTP on port 8000...')
httpd.serve_forever()  # 开始监听HTTP请求

运行 wsgi_server.py ，在浏览器输入 http://127.0.0.1:8000/ 就可以访问网页了

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3. 静态服务器

创建 web_server.py

4.3 定义 WSGI 接口

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