flask route设计思路

引言

本文主要梳理了flask源码中route的设计思路。
首先，从WSGI协议的角度介绍flask route的作用；
其次，详细讲解如何借助werkzeug库的Map、Rule实现route；
最后，梳理了一次完整的http请求中route的完整流程。

flask route 设计思路

源码版本说明

本文参考的是flask 0.5版本的代码。
flask 0.1版本的代码非常短，只有600多行，但是这个版本缺少blueprint机制。
因此，我参考的是0.5版本。

flask route示例

直接使用flask官方文档中的例子

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def hello_world():
    return 'Hello World!'
    
@app.route('/post/<int:post_id>')
def show_post(post_id):
    # show the post with the given id, the id is an integer
    return 'Post %d' % post_id

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

此例中，使用app.route装饰器，完成了以下两个url与处理函数的route:

{ 
    '/': hello_world, 
    '/post/<int:post_id>' : show_post
}

这样做的效果为：
当http请求的url为'/'时，flask会调用hello_world函数；
当http请求的url为'/post/<某整数值>'（例如/post/32）时，flask会调用show_post函数；

flask route的作用

从上面的示例中其实可以明白：flask route的作用就是建立url与处理函数的映射。

WSGI协议将处理请求的组件按照功能及调用关系分成了三种：server, middleware, application。
其中，server可以调用middleware和application，middleware可以调用application。

符合WSGI的框架对于一次http请求的完整处理过程为：
server读取解析请求，生成environ和start_response，然后调用middleware；
middleware完成自己的处理部分后，可以继续调用下一个middleware或application，形成一个完整的请求链；
application位于请求链的最后一级，其作用就是生成最终的响应。

http服务器（比如，nginx）--> WSGI server(比如gunicorn，SimpleHttpServer)-->middleware-->
 middleware--> ... -->application

如果接触过Java Web 开发的人可能会立刻发现，这与servlet中的middleware机制是完全一致的。

特别重要的：

在上一小节的示例中app = Flask(__name__)创建了一个middleware，
而这个middleware的核心作用是进行请求转发（request dispatch）。

上面这句话非常重要，请在心里重复一百遍。
上面这句话非常重要，请在心里重复一百遍。
上面这句话非常重要，请在心里重复一百遍。

进行请求转发的前提就是能够建立url与处理函数之间的映射关系，即route功能。
因此，在flask中，route是Flask类的一个装饰器。

flask route的实现思路

通过上一小节，我们知道以下两点：

flask route 是url与处理函数的映射关系；
在http请求时，flask这个middleware负责完成对url对应的处理函数的调用；

那么，如果是我们自己来实现route，思路也很简单：

建立一个类flask，这个类是一个middleware，并且有一个字典型的成员变量url_map；
url_map = {url : function}
当http请求时，进行request dispatch：根据url，从url_map中找到function，然后调用function；
调用后续的middleware或application，并把function的结果传递下去。

flask的实现思路也是这样的。

class Flask(object):

    def __init__(self):
        self.url_map = {}  # 此处定义保存url与处理函数的映射关系
        
    def __call__(self, environ, start_response):  # 根据WSGI协议，middleware必须是可调用对象
        self.dispatch_request(）    # Flask的核心功能 request dispatch
        return application(environ, start_response)  #最后调用下一级的application
    
    def route(self, rule):  # Flask使用装饰器来完成url与处理函数的映射关系建立
        def decorator(f):   # 简单，侵入小，优雅
            self.url_map[rule] = f
            return f
        return decorator
    
    def dispath_request(self):
        url = get_url_from_environ() #解析environ获得url 
        return self.url_map[url]() #从url_map中找到对应的处理函数，并调用

至此，一个简单的flaskmiddleware的骨架就完成了。
上面的flask类主要功能包括：

符合WSGI协议的middleware：可被调用，并且可以调用application
能够保存url与处理函数的映射信息
能够根据url找到处理函数并调用（即，request dispatch）

当然，在实际中，不可能这么简单，但是基本思路是一致的。

werkzeug库中的Map与Rule在Flask中的应用

需要指出，上面实现的最简单的flask类还是有很多问题的。
比如，HTTP请求中相同的url，不同的请求方法，比如GET，POST如果对应不同的处理函数，该如何处理？

flask使用了werkzeug库中的Map和Rule来管理url与处理函数映射关系。

首先需要简单了解一下Map和Rule的作用：
在werkzeug中，Rule的主要作用是保存了一组url，endpoint，methods关系：
每个(url, endpoint, methods)都有一个对应的Rule对象：
其实现如下：

class Rule(object):
    def __init__(self, url, endpoint, methods):
        self.rule = url
        self.endpoint = endpoint
        self.methods = methods

这里需要解释一下endpoint：
前面说过：url与其处理函数可以使用一个字典来实现：{url: function}

flask在实现的时候，在中间加了一个中介endpoint，于是，url与处理函数的映射变成了这样：

url-->endpoint-->function #一个url对应一个endpoint，一个endpoint对应一个function
{url: endpoint} # 保存url与endpoint之间的关系
{endpoint: function} #保存endpoint与function之间的关系

于是，刚才我们实现的简单的flask骨架中{url: function}的字典，就变成了{endpoint: function}，
而{url: endpoint}这个映射关系就需要借助Map和Rule这两个类来完成。

可以发现：endpoint就是url和处理函数映射关系中的一个中介，所以，它可以是任何可以用作字典键的值，比如字符串。
但是在实际使用中endpoint，一般endpoint均为字符串，并且默认情况下：

如果是通过Flask.route装饰器建立的映射关系，那么endpoint就是处理函数的函数名；
如果是通过blueprint建立的映射关系，那么endpoint是blueprint名.处理函数名；

因为，每建立一个url-->endpoint-->function关系就会创建一个Rule对象，所以，会有很多Rule对象存在。
Map的作用则是保存所有Rule对象。
所以，一般情况下Map的用法如下：

m = Map([
            Rule('/', endpoint='index'),
            Rule('/downloads/', endpoint='downloads/index'),
            Rule('/downloads/<int:id>', endpoint='downloads/show')
           ])

在flask的源码中

class Flask(object):
    def __init__(self):
        self.url_map = Map()  # url_map为保存所有Rule关系的容器Map
        self.view_functions = {} # view_functions保存endpoint-->function

成员变量url_map保存所有的(url, endpoint, method)关系
成员变量view_functions保存所有的{endpoint, function}关系

所以，对于一个url，只要能找到(url,endpoint,method)，就能根据endpoint找到对应的function。

route的完整流程

首先，建立flask对象：

app = Flask(__name__)

然后，建立url与function之间的映射关系：

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

在装饰器route中，创建(url, endpoint, method)和{endpoint: function}两组映射关系：

if endpoint is None:
    endpoint = view_func.__name__ # 默认使用响应函数名作为endpoint
self.url_map.add(Rule(url, endpoint, method)) # 保存(url, endpoint, method)映射关系
self.view_functions[endpoint] = view_func  # 保存{endpoint: function}映射关系

这样，就完成了对url和响应函数的映射关系。

下一步，调用WSGI server响应http请求，在文章开始的示例中使用：

app.run()

调用python标准库提供的WSGI server，在实际使用时，可能是gunicorn或uwsgi。

不论server是什么，最终都会调用Flask.__call__函数。这个函数完成request dispatch的任务。

对于request dispatch而言，首先根据请求，解析environ，得到url，
然后调用Map.match函数，这个函数会最终找到预先保存的(url, endpoint, method)映射，
然后返回(endpoint, url请求参数)，
由于得到了endpoint,然后，可以从Flask.view_functions中直接取到对应的响应函数，
所以，可以直接进行函数调用

self.view_functions[endpoint](url请求参数)

至此，就完成了完整的route。

总结

flask的flask类是WSGI的dispatch middleware；
flask的url_map保存所有的(url, endpoint, method)映射关系；
flask的view_functions保存所有的{endpoint: function}映射关系；
dispath request就是根据url找到endpoint，再根据endpoint找到function，最后调用function的过程

flask route设计思路

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