如何开发一个Python web框架
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发布时间：2022-04-21 06:56
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时间：2022-04-10 09:32
于是我们有了一些关于请求的数据，不过现在一般来讲这些数据还在前端服务器（反向代理，比如nginx，暂且忽略掉负载均衡，反正是透明的，也不考虑裸WSGI容器直接扛请求的情况）的手上，还没有传进后端语言（这里是Python）。我们就针对每一种语言都有特定的机制，用来将HTTP的请求信息映射到相应的编程语言范畴，叫做Web服务器界面（Web server interface），通用如CGI/FCGI/SCGI，特定于某一语言如WSGI/PSGI/Rack/...，特定于某一操作系统如ISAPI（这货还活着？），一些已经不再使用的就不提了。总之在Python世界里这就是WSGI（PEP 3333, Web Server Gateway Interface），它就定义了Python语言与Web服务器之间的界面。在WSGI里，
请求的处理过程被映射为对应用callable的调用（application(environ, start_response)，知乎不支持inline代码块？）；
请求信息被映射到environ字典中的相应键值，比如请求方法被映射到environ['REQUEST_METHOD']，请求的“相对路径”被映射到environ['PATH_INFO']（过度简化；暂且不提WSGI应用挂载点，框架层一般也不用关心这个，挂载WSGI应用一般是WSGI容器如gunicorn、uWSGI之类组件的工作）；
发送响应头的动作被映射到调用start_response(status, response_headers)（不考虑可选的第三个参数异常信息）；
返回响应数据被映射到application返回iterable的动作。
于是响应便从Python返回到Web服务器，再被发送回浏览器，浏览器将响应内容渲染，一个请求就完成啦。
有了这样的感性认识，那么我们作为Python Web开发框架的作者，要做的事情就是在WSGI规范的基础之上，提供尽可能便捷的开发手段和尽可能低的框架开销，也即我们的代码将要工作在WSGI与业务逻辑的中间层。架构上，Web开发框架或多或少都遵循MVC的设计模式（Django管它叫MTV，其实差不多）。同时，由于框架位于中间件的位置，加上其鼓励模块化与代码复用的性质，自然需要为常见的HTTP操作提供抽象。这里就可以展开一些话题：
请求路径到view/controller的映射，请求参数的解析（routing，也叫路由）。
正则匹配的方案，比如Django内置了一个简单的正则表达式解析组件，能解析一般常见语法的正则表达式，把capturing groups解析成位置参数，named capturing groups解析成关键字参数。
也有DSL的方案，比如Werkzeug的路由组件。
请求实体的处理。表单解析，配合Web服务器进行上传文件处理。
正常的urlencoded表单，JSON表单，text/plain数据，multi-part表单
multi-part附件，附件操作API
大文件上传（这个一般会被前端服务器保存在磁盘上的临时文件里，比方说nginx就是这么实现的）。
会话。HTTP是无状态（stateless）的，这个特点非常重要。如果没有会话，你连续做几个请求，却没有手段证明你们是同一个人/同一台机器（你完全可能是代理服务器）。
存储会话数据的会话后端（内存数据结构？文件？RDBMS？Redis？Memcache？）
安全机制（HMAC什么的，可以参考beaker的secure cookie实现）
请求处理流程中的会话中间件（从Cookie中提取会话，从query string中提取会话，从自定义头中提取会话，等等）
View/Controller界面。发挥你的创造力，用上你的工程经验。
Function-based or Class-based views? 参考：Django, Bottle, web.py, Tornado等一票框架的做法
框架的可选机制与服务如何暴露，
装饰器？（比如@login_required 这种额外要求）
回调？（能想到的只有Tornado和Twisted这种异步框架做事情的方式，还有整个JS生态系统都是回调（不考虑Promise什么的）的思路）
传入应用（业务逻辑）层的数据结构如何设计？（HttpRequest等价物，名字可能记不清了）
响应数据结构如何设计？（HttpResponse等价物，同上）
数据库操作封装。Web应用基本都是数据为中心，这个组件非常有必要，也是撰写可复用代码必须的一环，毕竟光是框架抽象了，数据库操作还是裸SQL什么的，到时候生产环境一换（比如MySQL变pgsql）还不是傻眼。
关系型数据库。一站式解决方案参考：Django ORM、SQLAlchemy；轻量级解决方案参考各数据库Python绑定。
非关系数据库。各数据库Python绑定（pymongo, riak, redis-py之类），这个没什么可替代方案了，因为本来各种NoSQL库都是适应某一特殊需求设计的，没什么互相替换的必要，那意味着重新进行技术选型。
