flask 源码解析:应用启动流程

这是 flask 源码解析系列文章的其中一篇,本系列所有文章列表:

WSGI

所有的 python web 框架都要遵循 WSGI 协议,如果对 WSGI 不清楚,可以查看我之前的介绍文章

在这里还是要简单回顾一下 WSGI 的核心概念。

WSGI 中有一个非常重要的概念:每个 python web 应用都是一个可调用(callable)的对象。在 flask 中,这个对象就是 app = Flask(__name__) 创建出来的 app,就是下图中的绿色 Application 部分。要运行 web 应用,必须有 web server,比如我们熟悉的 apache、nginx ,或者 python 中的 gunicorn ,我们下面要讲到的 werkzeug 提供的 WSGIServer,它们是下图的黄色 Server 部分。

WSGI

NOTE: 图片来源

Server 和 Application 之间怎么通信,就是 WSGI 的功能。它规定了 app(environ, start_response) 的接口,server 会调用 application,并传给它两个参数:environ 包含了请求的所有信息,start_response 是 application 处理完之后需要调用的函数,参数是状态码、响应头部还有错误信息。

WSGI application 非常重要的特点是:它是可以嵌套的。换句话说,我可以写个 application,它做的事情就是调用另外一个 application,然后再返回(类似一个 proxy)。一般来说,嵌套的最后一层是业务应用,中间就是 middleware。这样的好处是,可以解耦业务逻辑和其他功能,比如限流、认证、序列化等都实现成不同的中间层,不同的中间层和业务逻辑是不相关的,可以独立维护;而且用户也可以动态地组合不同的中间层来满足不同的需求。

WSGI 的内容就讲这么多,我们来看看 flask 的 hello world 应用:

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

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

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

这里的 app = Flask(__name__) 就是上面提到的 Application 部分,但是我们并没有看到 Server 的部分,那么它一定是隐藏到 app.run() 内部某个地方了。

启动流程

应用启动的代码是 app.run() ,这个方法的代码如下:

def run(self, host=None, port=None, debug=None, **options):
    """Runs the application on a local development server."""
    from werkzeug.serving import run_simple

    # 如果host 和 port 没有指定,设置 host 和 port 的默认值 127.0.0.1 和 5000
    if host is None:
        host = '127.0.0.1'
    if port is None:
        server_name = self.config['SERVER_NAME']
        if server_name and ':' in server_name:
            port = int(server_name.rsplit(':', 1)[1])
        else:
            port = 5000

    # 调用 werkzeug.serving 模块的 run_simple 函数,传入收到的参数
    # 注意第三个参数传进去的是 self,也就是要执行的 web application
    try:
        run_simple(host, port, self, **options)
    finally:
        self._got_first_request = False

NOTE:为了阅读方便,我删除了注释和不相干的部分,下面所有的代码都会做类似的处理,不再赘述。

这个方法的内容非常简单:处理一下参数,然后调用 werkzeugrun_simple。需要注意的是:run_simple 的第三个参数是 self,也就是我们创建的 Flask() application。因为 WSGI server 不是文章的重点,所以我们就不深入讲解了。现在只需要知道它的功能就行:监听在指定的端口,收到 HTTP 请求的时候解析为 WSGI 格式,然后调用 app 去执行处理的逻辑。对应的执行逻辑在 werkzeug.serving:WSGIRequestHandlerrun_wsgi 中有这么一段代码:

def execute(app):
    application_iter = app(environ, start_response)
    try:
        for data in application_iter:
            write(data)
        if not headers_sent:
            write(b'')
    finally:
        if hasattr(application_iter, 'close'):
        application_iter.close()
        application_iter = None

可以看到 application_iter = app(environ, start_response) 就是调用代码获取结果的地方。

要调用 app 实例,那么它就需要定义了 __call__ 方法,我们找到 flask.app:Flask 对应的内容:

def __call__(self, environ, start_response):
    """Shortcut for :attr:`wsgi_app`."""
    return self.wsgi_app(environ, start_response)

def wsgi_app(self, environ, start_response):
    """The actual WSGI application.
    """
    # 创建请求上下文,并把它压栈。这个在后面会详细解释
    ctx = self.request_context(environ)
    ctx.push()
    error = None

    try:
        try:
            # 正确的请求处理路径,会通过路由找到对应的处理函数
            response = self.full_dispatch_request()
        except Exception as e:
            # 错误处理,默认是 InternalServerError 错误处理函数,客户端会看到服务器 500 异常
            error = e
            response = self.handle_exception(e)
        return response(environ, start_response)
    finally:
        if self.should_ignore_error(error):
            error = None
        # 不管处理是否发生异常,都需要把栈中的请求 pop 出来
        ctx.auto_pop(error)

上面这段代码只有一个目的:找到处理函数,然后调用它。除了异常处理之外,我们还看到了 context 相关的内容(开始有 ctx.push(),最后有 ctx.auto_pop()的逻辑),它并不影响我们的理解,现在可以先不用管,后面会有一篇文章专门介绍。

继续往后看,full_dsipatch_request 的代码如下:

def full_dispatch_request(self):
    """Dispatches the request and on top of that performs request
    pre and postprocessing as well as HTTP exception catching and
    error handling.
    """
    self.try_trigger_before_first_request_functions()
    try:
        request_started.send(self)
        rv = self.preprocess_request()
        if rv is None:
            rv = self.dispatch_request()
    except Exception as e:
        rv = self.handle_user_exception(e)
    return self.finalize_request(rv)

这段代码最核心的内容是 dispatch_request,加上请求的 hooks 处理和错误处理的内容。

NOTE:self.dispatch_request() 返回的是处理函数的返回结果(比如 hello world 例子中返回的字符串),finalize_request 会把它转换成 Response 对象。

dispatch_request 之前我们看到 preprocess_request,之后看到 finalize_request,它们里面包括了请求处理之前和处理之后的很多 hooks 。这些 hooks 包括:

  • 第一次请求处理之前的 hook 函数,通过 before_first_request 定义
  • 每个请求处理之前的 hook 函数,通过 before_request 定义
  • 每个请求正常处理之后的 hook 函数,通过 after_request 定义
  • 不管请求是否异常都要执行的 teardown_request hook 函数

dispatch_request 要做的就是找到我们的处理函数,并返回调用的结果,也就是路由的过程。我们下一篇文章来讲!

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