如何理解Nginx, WSGI, Flask之间的关系

概览

之前对 Nginx,WSGI(或者 uWSGI,uwsgi),Flask(或者 Django),这几者的关系一存存在疑惑。通过查阅了些资料,总算把它们的关系理清了。
总括来说,客户端从发送一个 HTTP 请求到 Flask 处理请求,分别经过了 web服务器层,WSGI层,web框架层,这三个层次。不同的层次其作用也不同,下面简要介绍各层的作用。

web服务器,web框架与WSGI的三层关系

图1:web服务器,web框架与 WSGI 的三层关系

Web服务器层

对于传统的客户端 – 服务器架构,其请求的处理过程是,客户端向服务器发送请求,服务器接收请求并处理请求,然后给客户端返回响应。在这个过程中,服务器的作用是:

  1. 接收请求
  2. 处理请求
  3. 返回响应

Web服务器是一类特殊的服务器,其作用是主要是接收 HTTP 请求并返回响应。提起 web服务器大家都不会陌生,常见的 web服务器有 Nginx,Apache,IIS等。在上图1的三层结构中,web服务器是最先接收用户请求的,并将响应结果返回给用户。

Web框架层

Web框架的作用主要是方便我们开发 web应用程序,HTTP请求的动态数据就是由 web框架层来提供的。常见的 web框架有Flask,Django等,我们以 Flask 框架为例子,展示 web框架的作用:

以上简单的几行代码,就创建了一个 web应用程序对象 appapp 监听机器所有 ip 的 8080 端口,接受用户的请求连接。我们知道,HTTP 协议使用 URL 来定位资源,上面的程序会将路径 /hello 的请求交由 hello_world 方法处理,hello_world 返回 ‘Hello World!’ 字符串。对于 web框架的使用者来说,他们并不关心如何接收 HTTP 请求,也不关心如何将请求路由到具体方法处理并将响应结果返回给用户。Web框架的使用者在大部分情况下,只需要关心如何实现业务的逻辑即可。

WSGI层

WSGI 不是服务器,也不是用于与程序交互的API,更不是真实的代码,WSGI 只是一种接口,它只适用于 Python 语言,其全称为 Web Server Gateway Interface,定义了 web服务器和 web应用之间的接口规范。也就是说,只要 web服务器和 web应用都遵守WSGI协议,那么 web服务器和 web应用就可以随意的组合。
下面的代码展示了 web服务器是如何与 web应用组合在一起的。

方法 application由 web服务器调用,参数envstart_response 由 web服务器实现并传入。其中,env是一个字典,包含了类似 HTTP_HOST,HOST_USER_AGENT,SERVER_PROTOCO 等环境变量。start_response则是一个方法,该方法接受两个参数,分别是statusresponse_headersapplication方法的主要作用是,设置 http 响应的状态码和 Content-Type 等头部信息,并返回响应的具体结果。

上述代码就是一个完整的 WSGI 应用,当一个支持 WSGI 的 web服务器接收到客户端的请求后,便会调用这个 application 方法。WSGI 层并不需要关心envstart_response 这两个变量是如何实现的,就像在 application 里面所做的,直接使用这两个变量即可。

值得指出的是,WSGI 是一种协议,需要区分几个相近的名词:

  • uwsgi
    同 wsgi 一样也是一种协议,uWSGI服务器正是使用了 uwsgi 协议
  • uWSGI
    实现了 uwsgi 和 WSGI 两种协议的web服务器。注意 uWSGI 本质上也是一种 web服务器,处于上面描述的三层结构中的 web服务器层。
  • CGI
    通用网关接口,并不限于 Python 语言,定义了 web服务器是如何向客户端提供动态的内容。例如,规定了客户端如何将参数传递给 web服务器,web服务器如何将参数传递给 web应用,web应用如何将它的输出如何发送给客户端,等等。
    生产环境下的 web应用都不使用 CGI 了,CGI进程(类似 Python 解释器)针对每个请求创建,用完就抛弃,效率低下。WSGI 正是为了替代 CGI 而出现的。

说到这,我们基本理清了 WSGI 在 web服务器与 web框架之间作用:WSGI 就像一条纽带,将 web服务器与 web框架连接起来。回到本文的题目,Nginx 属于一种 web服务器,Flask属于一种 web框架,因此,WSGI 与 Nginx、Flask 的作用就不明而喻了。

最后以 Nginx,WSGI,Flask 之间的对话结束本文。
Nginx:Hey,WSGI,我刚收到了一个请求,我需要你作些准备,然后由Flask来处理这个请求。
WSGI:OK,Nginx。我会设置好环境变量,然后将这个请求传递给Flask处理。
Flask:Thanks WSGI!给我一些时间,我将会把请求的响应返回给你。
WSGI:Alright,那我等你。
Flask:Okay,我完成了,这里是请求的响应结果,请求把结果传递给Nginx。
WSGI:Good job!Nginx,这里是响应结果,已经按照要求给你传递回来了。
Nginx:Cool,我收到了,我把响应结果返回给客户端。大家合作愉快~

参考资料:

  1. http://hackerxu.com/2015/05/10/flask011.html
  2. https://www.quora.com/What-are-good-ways-to-understand-WSGI-flup-fastcgi-CGI-and-Django
  3. https://en.wikipedia.org/wiki/Web_Server_Gateway_Interface
  4. http://flask.pocoo.org/docs/0.10/quickstart/
  5. http://stackoverflow.com/questions/219110/how-python-web-frameworks-wsgi-and-cgi-fit-together
  6. https://www.python.org/dev/peps/pep-0333/
  7. 《Python核心编程(第3版)》Wesley Chun著
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