Django框架之原始web框架优化

一、web应用框架简介及手撸web框架

软件开发架构详细：网络编程之网络架构及其趋势 - Xiao0101 - 博客园 (cnblogs.com)

软件开发架构分为两种：

c/s架构：客户端软件(client)—服务端软件(server)
b/s架构：浏览器(Browser)------服务端软件(server)

总结：BS本质上也是CS架构

1、web应用程序是什么？

WEB应用程序一般是B/S模式。Web应用程序首先是“应用程序”，和用标准的程序语言，如C、C++等编写出来的程序没有什么本质上的不同。然而Web应用程序又有自己独特的地方，就是它是基于Web的，而不是采用传统方法运行的。换句话说，它是典型的浏览器/服务器架构的产物。

在这里插入图片描述

本质上：浏览器是一个socket客户端，服务器是一个socket服务端

2、web框架

（1）知识回顾

HTTP协议详细：前端基础之HTTP协议介绍 - Xiao0101 - 博客园 (cnblogs.com)

（2）web框架介绍

Web框架（Web framework）是一种开发框架，用来支持动态网站、网络应用和网络服务的开发。这大多数的web框架提供了一套开发和部署网站的方式，也为web行为提供了一套通用的方法。web框架已经实现了很多功能，开发人员使用框架提供的方法并且完成自己的业务逻辑，就能快速开发web应用了。浏览器和服务器的是基于HTTP协议进行通信的。也可以说web框架就是在以上十几行代码基础张扩展出来的，有很多简单方便使用的方法，大大提高了开发的效率。

（3）web框架的本质

所有的Web应用其实就是一个socket服务端, 而用户使用的浏览器就是一个socket客户端程序, 明白了Web框架的本质, 我们就可以实现自己的Web框架了。

（4）根据之前学的知识形成的自定义web框架

import socketserver = socket.socket()  # 默认就是基于网络的TCP协议
server.bind(("127.0.0.1",8080))
server.listen(5)while 1:conn,addr = server.accept()data = conn.recv(1024)print(data)  # 将请求打印出来conn.send(b"HTTP?1.1 200 OK\r\n\nOur destiny is our own!")conn.close()

将服务端运行，客户端访问服务端，运行结果如下：

在这里插入图片描述

HTTP协议规定了让大家发送消息、接收消息的时候有个格式依据以后浏览器发送请求信息也好，服务器回复响应信息也罢，都要按照这个规则来。

pycharm输出结果如下：

# 请求首行
b'GET / HTTP/1.1\r\n# 请求头（都是一大堆的K:V键值对）
Host: 127.0.0.1:8080\r\n
Connection: keep-alive\r\n
Cache-Control: max-age=0\r\n
sec-ch-ua: "Chromium";v="122", "Not(A:Brand";v="24", "Google Chrome";v="122"\r\n
sec-ch-ua-mobile: ?0\r\n
sec-ch-ua-platform: "Windows"\r\n
Upgrade-Insecure-Requests: 1\r\n
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/122.0.0.0 Safari/537.36\r\n
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.7\r\n
Sec-Fetch-Site: none\r\n
Sec-Fetch-Mode: navigate\r\nSec-Fetch-User: ?1\r\n
Sec-Fetch-Dest: document\r\nAccept-Encoding: gzip, deflate, br, zstd\r\n
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9\r\n
Cookie: csrftoken=9qUCCe8NhifmyhgtznpwF9dtBc3Qi3mreGFBPup3hNpwtSNDaGdzpvQACQxUX8Je; sessionid=3o16gvni7tw8kvq01ydx0pwaunvt8r6m\r\n\# 换行 
r\n
'
# 请求体
b'GET /favicon.ico HTTP/1.1\r\n
Host: 127.0.0.1:8080\r\n
Connection: keep-alive\r\n
sec-ch-ua: "Chromium";v="122", "Not(A:Brand";v="24", "Google Chrome";v="122"\r\n
sec-ch-ua-mobile: ?0\r\n
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/122.0.0.0 Safari/537.36\r\n
sec-ch-ua-platform: "Windows"\r\n
Accept: image/avif,image/webp,image/apng,image/svg+xml,image/*,*/*;q=0.8\r\n
Sec-Fetch-Site: same-origin\r\n
Sec-Fetch-Mode: no-cors\r\n
Sec-Fetch-Dest: image\r\nReferer: http://127.0.0.1:8080/\r\n
Accept-Encoding: gzip, deflate, br, zstd\r\n
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9\r\n
Cookie: csrftoken=9qUCCe8NhifmyhgtznpwF9dtBc3Qi3mreGFBPup3hNpwtSNDaGdzpvQACQxUX8Je; sessionid=3o16gvni7tw8kvq01ydx0pwaunvt8r6m\r\n\r\n'

可以说web服务的本质都是基于这简单的套接字程序扩展出来的。

（5）根据不同的路径返回不同的内容

通过以上，我们是实现了一个简易版的web框架

但是存在以下问题：

在用户访问不同网页时候，如何让我们的Web服务根据用户请求的URL不同而返回不同的内容呢？

解决方案：

HTTP请求数据
/favicon.ico直接忽略不影响判断
利用字符串切割和索引取值获取相应数据

其实很简单，我们可以从请求相关数据里面拿到请求URL的路径，然后拿路径做一个判断…

'''
根据不同的URL返回不同的内容
'''
import socketserver = socket.socket()  # 默认就是TCP协议
server.bind(('127.0.0.1',8080))
server.listen(5)while True:conn, addr = server.accept()  # 三次四次挥手data = conn.recv(1024)res = data.decode('utf8')conn.send(b'HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n')  # 请求首行,请求头,空行path = res.split(' ')[1]   # 字符串切割获取地址if path == '/index':       # 判断地址# conn.send(b'index')  # 1.如果判断成功则发送请求体with open(r'1.html','rb') as f:  # 2.或者打开文件一内容作为请求体发送data = f.read()conn.send(data)elif path == '/login':   # 1.如果判断为loginconn.send(b'login')  # 2.就发送b'login'的请求体else:conn.send(b'404 error')  # 没匹配到则返回404conn.close()

1.html内容如下：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head><meta charset="UTF-8"><title>title</title>
</head>
<body><h1 style="color: #31b0d5">嗨，朋友！你来了，你好啊！</h1>
</body>
</html>

在这里插入图片描述

存在的问题

如果网址路径很多，服务端代码重复（因为if…else…会变得非常多。）
手动处理http数据格式过于繁琐,并且只能拿到url后缀，其他数据获取繁琐
并发的问题

服务器和应用程序

对于真实开发中的python web程序来说，一般会分为两部分：服务器程序和应用程序。

服务器程序负责对socket服务器进行封装，并在请求到来时，对请求的各种数据进行整理。

应用程序则负责具体的逻辑处理。为了方便应用程序的开发，就出现了众多的Web框架，例如：Django、Flask、web.py 等。不同的框架有不同的开发方式，但是无论如何，开发出的应用程序都要和服务器程序配合，才能为用户提供服务。

这样，服务器程序就需要为不同的框架提供不同的支持。这样混乱的局面无论对于服务器还是框架，都是不好的。对服务器来说，需要支持各种不同框架，对框架来说，只有支持它的服务器才能被开发出的应用使用。

这时候，标准化就变得尤为重要。我们可以设立一个标准，只要服务器程序支持这个标准，框架也支持这个标准，那么他们就可以配合使用。一旦标准确定，双方各自实现。这样，服务器可以支持更多支持标准的框架，框架也可以使用更多支持标准的服务器。

WSGI是Python Web应用程序和Web服务器之间的一种标准接口，它定义了一个简单而通用的接口，使得不同的Web应用程序框架（如Flask、Django等）可以与不同的Web服务器（如Apache、Nginx等）进行交互。

常用的WSGI服务器有uwsgi、Gunicorn。而Python标准库提供的独立WSGI服务器叫wsgiref，Django开发环境用的就是这个模块来做服务器。

二、基于 wsgiref 模块搭建web框架

1、wsgiref 模块介绍

wsgiref模块是Python标准库中的一个模块，用于实现WSGI（Web Server Gateway Interface）规范。

wsgiref模块提供了一些工具和类，帮助开发者快速构建符合WSGI规范的应用程序和服务器。主要功能包括：

WSGI应用程序开发： wsgiref模块提供了一些类和函数，帮助开发者编写符合WSGI规范的应用程序。开发者可以定义一个WSGI应用程序，接收HTTP请求，并返回HTTP响应。
WSGI服务器实现： wsgiref模块还提供了一个简单的WSGI服务器实现，可以用于在开发和测试阶段运行WSGI应用程序。这样开发者可以在本地快速搭建一个简单的Web服务器来运行和测试他们的应用程序。
辅助功能： 除了WSGI应用程序和服务器之外，wsgiref模块还提供了一些辅助函数和类，用于处理HTTP请求、构建HTTP响应等操作。

2、使用wsgiref 模块的好处

wsgiref模块帮助我们封装了socket 代码
帮我们处理 http 格式的数据
请求来的时候帮助你自动拆分http格式数据并封装成非常方便处理的数据格式(类似于字典)
响应走的时候帮你将数据再打包成符合http格式的数据

3、实现代码

from wsgiref.simple_server import make_server# 以函数形式定义功能,扩展方便
def index_func(request):return 'index'def login_func(request):return 'login'def error(request):return '404 Not found'# 地址与功能的对应关系
urls = [('/index', index_func),('/login', login_func)
]def run_server(request, response):"""函数名定义什么都无所谓，这里我们使用run_server:param request:请求相关的所有数据,一个类似字典的形式,"PATH_INFO"正好就是我们要找的地址wsgiref模块帮我们处理好HTTP格式的数据，封装成了字典让你更加方便的操作:param response:响应相关的所有数据:return:返回给浏览器的数据，返回格式必须是'return [二进制格式的数据]' 这种样式"""response('200 OK', [])  # 响应首行, 响应头current_path = request.get("PATH_INFO")  # 找到路径func = None  # 定义一个变量, 存储匹配到的函数名for url in urls:if current_path == url[0]:func = url[1]  # 如果匹配到了则将函数名赋值给funcbreak  # 匹配之后立刻结束循环if func:  # 然后判断一下func是否被赋值了(也就是是否匹配到了)data = func(request)  # 执行函数拿到结果,request可有可无,但放进去以后好扩展else:data = error(request)return [data.encode('utf-8')]if __name__ == '__main__':server = make_server('127.0.0.1', 8080, run_server)  # 一旦被访问将会交给run_server处理'''会实时监听127.0.0.1:8080地址，只要客户端来了都会交给run函数处理（加括号触发run函数的运行）flask启动源码make_server('127.0.0.1',8080,obj)__call__'''server.serve_forever()  # 启动服务端并一直运行

产生的问题

网址很多的情况下如何匹配
网址多匹配如何解决
功能复杂代码块如何解决

看起来上面的代码还是要挨个写if判断，怎么办？

三、封装处理优化

1、根据功能划分模块

根据功能的不同拆分成不同的py文件

（1）views.py

存储路由与函数对应关系

# 功能函数
def register(request):return 'register'def login(request):return 'login'def index(request):return 'index'def error(request):with open(r'templates/error.html', 'r', encoding='utf8') as f:return f.read()

（2）urls.py

存放路径与功能的对应关系

from views import *# 后缀匹配
urls = (('/register', register),('/login', login),('/index', index),
)

（3）server.py

存储启动及分配代码

from wsgiref.simple_server import make_server
from urls import urls
from views import *def run_server(request,response):""":param request:请求相关的所有数据,一个类似字典的形式,"PATH_INFO"正好就是我们要找的地址:param response:响应相关的所有数据:return:"""response('200 OK',[])  # 响应首行, 响应头current_path = request.get("PATH_INFO")  # 找到路径func = None  # 定义一个变量, 存储匹配到的函数名for url in urls:if current_path == url[0]:func = url[1]  # 如果匹配到了则将函数名赋值给funcbreak  # 匹配之后立刻结束循环if func:  # 然后判断一下func是否被赋值了(也就是是否匹配到了)data = func(request)  # 执行函数拿到结果,request可有可无,但放进去以后好扩展else:data = error(request)return [data.encode('utf-8')]if __name__ == '__main__':server = make_server('127.0.0.1', 8080, run_server)  # 一旦被访问将会交给run_server处理server.serve_forever()  # 启动服务端并一直运行

总结:

拆分后好处在于要想新增一个功能，只需要在views.py中编写函数，urls.py添加对应关系即可

2、模板文件与静态文件

（1）templates文件夹

存储html文件

（2）static文件夹

存储html页面所需静态资源

四、返回动静态页面

1、静态网页

页面上的数据是直接写死的，万年不变
如果不想仅仅返回几个字符串, 而是想给浏览器返回完整的HTML内容, 对此我们只需要通过 open 打开 HTML文件将内容读出来再发送给浏览器就行了

# 静态网页制作
def login_func(request):with open(r"./login.html", "r", encoding="utf-8")as f:res = f.read()  # 打开文件读出内容,再返回文件内容return res

2、动态网页

数据是实时获取的
- 后端获取当前时间展示到html页面上
- 数据是从数据库中获取的展示到html页面上

# 动态网页制作
def get_time(env):current_time = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %X')# 如何将后端获取到数据"传递"给html文件？with open(r'templates/03 mytime.html', 'r', encoding='utf8') as f:data = f.read()# 得到的data就是一堆字符串data = data.replace('fwefwef', current_time)  # 在后端将html页面处理好之后再返回给前端return data

3、练习

将一个字典传递给html文件，并且可以在文件上方便快捷的操作字典数据

def get_dict(env):user_dic = {'username': 'xiao', 'age': 18}with open(r'templates/04 get_dict.html','r',encoding='utf8') as f:data = f.read()tmp = Template(data)res = tmp.render(user=user_dic)# 给get_dict.html传递了一个值，页面上通过变量名user就能够拿到user_dictreturn res

五、模版语法之Jinja2

举例演示模版语法与之前的后端到前端传输局方式的不同

1、原始方式

页面展示当前时间

（1）后端

def get_time(request):# 1.获取当前时间import timec_time = time.strftime('%Y-%m-%d %X')# 2.读取html文件with open(r'templates/get_time.html','r',encoding='utf8') as f:data = f.read()# 3.思考:如何给字符串添加一些额外的字符串数据>>>:字符串替换new_data = data.replace('random_str',c_time)return new_data

（2）前端

<h1>展示后端获取的时间数据</h1>
<span>random_str</span>

2、jinja2模板语法

（1）下载安装

第三方模块需要先下载后使用

pip3 install jinja2

（2）功能和语法

① 功能

支持将数据传递到html页面并提供近似于后端的处理方式简单快捷的操作数据

② 语法

变量插值： 使用双大括号{{ }}来插入变量值到模板中。

Hello, {{ name }}!

表达式： 可以在{{ }}中使用表达式。

{{ 2 + 2 }}

**过滤器：**使用管道符|应用过滤器对变量进行处理。

{{ name|capitalize }}

控制结构： 使用{% %}来表示控制结构，如条件语句和循环。

{% if condition %}Content to show if condition is true.
{% endif %}
{% for item in items %}{{ item }}
{% endfor %}

模板继承： 使用{% extends %}和{% block %}来实现模板继承和重写。

{% extends "base.html" %}{% block content %}Content specific to this template.
{% endblock %}

宏（Macro）： 定义可重用的代码块。

{% macro input(name, value='') %}<input type="text" name="{{ name }}" value="{{ value }}">
{% endmacro %}

（3）views.py

from jinja2 import Template
def get_dict(request):user_dict = {'name': 'xiao', 'pwd': 123, 'hobby': 'read'}new_list = [11, 22, 33, 44, 55, 66]with open(r'templates/get_dict.html', 'r', encoding='utf8') as f:data = f.read()temp_obj = Template(data)res = temp_obj.render({'user':user_dict,'new_list':new_list})return res

（4）templates

–get_dict.html

<h1>字典数据展示</h1>
<p>{{ user }}</p>
<p>{{ user.name }}</p>
<p>{{ user['pwd'] }}</p>
<p>{{ user.get('hobby') }}</p>
<h1>列表数据展示</h1>
<p>{% for i in new_list%}<span>元素:{{ i }}</span>{% endfor %}
</p>

pip install jinja2
"""模版语法是在前端起作用的，后端不支持"""# 模版语法
{{ user }}
{{ user.get('username') }}
{{ user.age }}
{{ user['hobby'] }}{% for user_dict in user_list %}<tr><td>{{ user_dict.id}}</td><td>{{ user_dict.username}}</td><td>{{ user_dict.password}}</td><td>{{ user_dict.hobby}}</td></tr>
{% endfor %}

六、自定义简易版本web框架请求流程图

在这里插入图片描述

流程图流程

浏览器客户端wsgiref模块请求来：处理浏览器请求，解析浏览器HTTP格式的数据，封装成大字典（PATH_INFO中存放的用户访问资源的路径）响应去：将数据打包成符合HTTP格式，在返回给浏览器后端：urls.py：找出用户输入的路径有么有与视图层的对应关系，如果有则取到views.py找对应的视图函数。view.py:功能1（静态）：视图函数找templates中的html文件，返回给wsgiref做HTTP格式的封装处理，再返回给浏览器.功能2（动态）:视图函数通过pymysql链接数据库, 通过jinja2模板语法将数据库中取出的数据在tmpelates文件夹下的html文件做一个数据的动态渲染, 最后返回给wsgiref做HTTP格式的封包处理, 再返回给浏览器.功能3（动态）：也可以通过jinja2模板语法对tmpelates文件夹下的html文件进行数据的动态渲染, 渲染完毕, 再经过wsgiref做HTTP格式的封包处理, 再返回给浏览器.templates：html文件数据库