分析Python的Django架構的運行方式及處理流程

之前在網上看過一些介紹Django處理請求的流程和Django源碼結構的文章，覺得瞭解一下這些內容對開發Django項目還是很有協助的。所以，我按照自己的邏輯總結了一下Django項目的運行方式和對Request的基本處理流程。

一、Django的運行方式

運行Django項目的方法很多，這裡主要介紹一下常用的方法。一種是在開發和調試中經常用到runserver方法，使用Django自己的web server；另外一種就是使用fastcgi，uWSGIt等協議運行Django項目，這裡以uWSGIt為例。

1、runserver方法

runserver方法是調試Django時經常用到的運行方式，它使用Django內建的WSGI Server運行，主要在測試和開發中使用，使用方法如下：

Usage: manage.py runserver [options] [optional port number, or ipaddr:port]# python manager.py runserver  # default port is 8000# python manager.py runserver 8080# python manager.py runserver 127.0.0.1:9090

看一下manager.py的源碼，你會發現上面的命令其實是通過Django的execute_from_command_line方法執行了內部實現的runserver命令，那麼現在看一下runserver具體做了什麼。。

看了源碼之後，可以發現runserver命令主要做了兩件事情：

1). 解析參數，並通過django.core.servers.basehttp.get_internal_wsgi_application方法擷取wsgi handler;

2). 根據ip_address和port產生一個WSGIServer對象，接受使用者請求

get_internal_wsgi_application的源碼如下：def get_internal_wsgi_application():  """  Loads and returns the WSGI application as configured by the user in  ``settings.WSGI_APPLICATION``. With the default ``startproject`` layout,  this will be the ``application`` object in ``projectname/wsgi.py``.   This function, and the ``WSGI_APPLICATION`` setting itself, are only useful  for Django's internal servers (runserver, runfcgi); external WSGI servers  should just be configured to point to the correct application object  directly.   If settings.WSGI_APPLICATION is not set (is ``None``), we just return  whatever ``django.core.wsgi.get_wsgi_application`` returns.   """  from django.conf import settings  app_path = getattr(settings, 'WSGI_APPLICATION')  if app_path is None:    return get_wsgi_application()   return import_by_path(    app_path,    error_prefix="WSGI application '%s' could not be loaded; " % app_path  )

通過上面的代碼我們可以知道，Django會先根據settings中的WSGI_APPLICATION來擷取handler；在建立project的時候，Django會預設建立一個wsgi.py檔案，而settings中的WSGI_APPLICATION配置也會預設指向這個檔案。看一下這個wsgi.py檔案，其實它也和上面的邏輯一樣，最終調用get_wsgi_application實現。

2、uWSGI方法

uWSGI+Nginx的方法是現在最常見的在生產環境中運行Django的方法，本人的部落格也是使用這種方法運行，要瞭解這種方法，首先要瞭解一下WSGI和uWSGI協議。

WSGI，全稱Web Server Gateway Interface，或者Python Web Server Gateway Interface，是為Python語言定義的Web伺服器和Web應用程式或架構之間的一種簡單而通用的介面，基於現存的CGI標準而設計的。WSGI其實就是一個網關(Gateway)，其作用就是在協議之間進行轉換。(PS: 這裡只對WSGI做簡單介紹，想要瞭解更多的內容可自行搜尋)

uWSGI是一個Web伺服器，它實現了WSGI協議、uwsgi、http等協議。注意uwsgi是一種通訊協定，而uWSGI是實現uwsgi協議和WSGI協議的Web伺服器。uWSGI具有超快的效能、低記憶體佔用和多app管理等優點。以我的部落格為例，uWSGI的xml配置如下：

    :7600  :40000    DJANGO_SETTINGS_MODULE=geek_blog.settings    django.core.handlers.wsgi:WSGIHandler()  6        60    /var/app/log/blog/uwsgi.log    32768    60

以上就是uWSGI xml配置的寫法，也可以使用ini的方式。安裝uWSGI和啟動並執行命令如下：

sudo pip install uwsgiuwsgi --pidfile=/var/run/geek-blog.pid -x uwsgi.xml --uid blog --gid nogroup

uWSGI和Nginx一起使用的配置方法就不在這裡說明了，網上教程很多，需要的可以自行搜尋。

二、HTTP請求處理流程

Django和其他Web架構一樣，HTTP的處理流程基本類似：接受request，返回response內容。Django的具體處理流程大致如所示：

1、載入project settings

在通過django-admin.py建立project的時候，Django會自動產生預設的settings檔案和manager.py等檔案，在建立WSGIServer之前會執行下面的引用：
from django.conf import settings

上面引用在執行時，會讀取os.environ中的DJANGO_SETTINGS_MODULE配置，附加元件目設定檔，產生settings對象。所以，在manager.py檔案中你可以看到，在擷取WSGIServer之前，會先將project的settings路徑加到os路徑中。

2、建立WSGIServer

不管是使用runserver還是uWSGI運行Django項目，在啟動時都會調用django.core.servers.basehttp中的run()方法，建立一個django.core.servers.basehttp.WSGIServer類的執行個體，之後調用其serve_forever()方法啟動HTTP服務。run方法的源碼如下：

def run(addr, port, wsgi_handler, ipv6=False, threading=False):  server_address = (addr, port)  if threading:    httpd_cls = type(str('WSGIServer'), (socketserver.ThreadingMixIn, WSGIServer), {})  else:    httpd_cls = WSGIServer  httpd = httpd_cls(server_address, WSGIRequestHandler, ipv6=ipv6)  # Sets the callable application as the WSGI application that will receive requests  httpd.set_app(wsgi_handler)  httpd.serve_forever()

如上，我們可以看到：在建立WSGIServer執行個體的時候會指定HTTP請求的Handler，上述代碼使用WSGIRequestHandler。當使用者的HTTP請求到達伺服器時，WSGIServer會建立WSGIRequestHandler執行個體，使用其handler方法來處理HTTP請求(其實最終是調用wsgiref.handlers.BaseHandler中的run方法處理)。WSGIServer通過set_app方法設定一個可調用(callable)的對象作為application，上面提到的handler方法最終會調用設定的application處理request，並返回response。

其中，WSGIServer繼承自wsgiref.simple_server.WSGIServer，而WSGIRequestHandler繼承自wsgiref.simple_server.WSGIRequestHandler，wsgiref是Python標準庫給出的WSGI的參考實現。其源碼可自行到wsgiref參看，這裡不再細說。

3、處理Request

第二步中說到的application，在Django中一般是django.core.handlers.wsgi.WSGIHandler對象，WSGIHandler繼承自django.core.handlers.base.BaseHandler，這個是Django處理request的核心邏輯，它會建立一個WSGIRequest執行個體，而WSGIRequest是從http.HttpRequest繼承而來

4、返回Response

上面提到的BaseHandler中有個get_response方法，該方法會先載入Django項目的ROOT_URLCONF，然後根據url規則找到對應的view方法(類)，view邏輯會根據request執行個體產生並返回具體的response。

在Django返回結果之後，第二步中提到wsgiref.handlers.BaseHandler.run方法會調用finish_response結束請求，並將內容返回給使用者。

三、Django處理Request的詳細流程

上述的第三步和第四步邏輯只是大致說了一下處理過程，Django在處理request的時候其實做了很多事情，下面我們詳細的過一下。首先給大家分享兩個網上看到的Django流程圖：

Django流程圖1

Django流程圖2
上面的兩張流程圖可以大致描述Django處理request的流程，按照流程圖2的標註，可以分為以下幾個步驟：

1. 使用者通過瀏覽器請求一個頁面

2. 請求到達Request Middlewares，中介軟體對request做一些預先處理或者直接response請求

3. URLConf通過urls.py檔案和請求的URL找到相應的View

4. View Middlewares被訪問，它同樣可以對request做一些處理或者直接返回response

5. 調用View中的函數

6. View中的方法可以選擇性的通過Models訪問底層的資料

7. 所有的Model-to-DB的互動都是通過manager完成的

8. 如果需要，Views可以使用一個特殊的Context

9. Context被傳給Template用來產生頁面

a. Template使用Filters和Tags去渲染輸出

b. 輸出被返回到View

c. HTTPResponse被發送到Response Middlewares

d. 任何Response Middlewares都可以豐富response或者返回一個完全不同的response

e. Response返回到瀏覽器，呈現給使用者

上述流程中最主要的幾個部分分別是：Middleware(中介軟體，包括request, view, exception, response)，URLConf(url映射關係)，Template(模板系統)，下面一一介紹一下。

1、Middleware(中介軟體)

Middleware並不是Django所專屬的東西，在其他的Web架構中也有這種概念。在Django中，Middleware可以滲入處理流程的四個階段：request，view，response和exception，相應的，在每個Middleware類中都有rocess_request，process_view， process_response 和 process_exception這四個方法。你可以定義其中任意一個活多個方法，這取決於你希望該Middleware作用於哪個處理階段。每個方法都可以直接返回response對象。

Middleware是在Django BaseHandler的load_middleware方法執行時載入的，載入之後會建立四個列表作為處理器的執行個體變數：

1. _request_middleware：process_request方法的列表
2. _view_middleware：process_view方法的列表
3. _response_middleware：process_response方法的列表
4. _exception_middleware：process_exception方法的列表

Django的中介軟體是在其設定檔(settings.py)的MIDDLEWARE_CLASSES元組中定義的。在MIDDLEWARE_CLASSES中，中介軟體組件用字串表示：指向中介軟體類名的完整Python路徑。例如GeekBlog項目的配置：

MIDDLEWARE_CLASSES = (  'django.middleware.cache.UpdateCacheMiddleware',  'django.middleware.common.CommonMiddleware',  'django.middleware.cache.FetchFromCacheMiddleware',  'django.contrib.sessions.middleware.SessionMiddleware',  'django.middleware.csrf.CsrfViewMiddleware',  'django.contrib.auth.middleware.AuthenticationMiddleware',  'django.contrib.messages.middleware.MessageMiddleware',  'django.middleware.locale.LocaleMiddleware',  'geek_blog.middlewares.MobileDetectionMiddleware',  # 自訂的Middleware)

Django項目的安裝並不強制要求任何中介軟體，如果你願意，MIDDLEWARE_CLASSES可以為空白。中介軟體出現的順序非常重要：在request和view的處理階段，Django按照MIDDLEWARE_CLASSES中出現的順序來應用中介軟體，而在response和exception異常處理階段，Django則按逆序來調用它們。也就是說，Django將MIDDLEWARE_CLASSES視為view函數外層的順序封裝子：在request階段按順序從上到下穿過，而在response則反過來。以下兩張圖可以更好地協助你理解：

Django Middleware流程1

Django Middleware流程圖2
2、URLConf(URL映射)

如果處理request的中介軟體都沒有直接返回response，那麼Django會去解析使用者請求的URL。URLconf就是Django所支撐網站的目錄。它的本質是URL模式以及要為該URL模式調用的視圖函數之間的映射表。通過這種方式可以告訴Django，對於這個URL調用這段代碼，對於那個URL調用那段代碼。具體的，在Django項目的設定檔中有ROOT_URLCONF常量，這個常量加上根目錄"/"，作為參數來建立django.core.urlresolvers.RegexURLResolver的執行個體，然後通過它的resolve方法解析使用者請求的URL，找到第一個匹配的view。

其他有關URLConf的內容，這裡不再具體介紹，大家可以看DjangoBook瞭解。

3、Template(模板)

大部分web架構都有自己的Template(模板)系統，Django也是。但是，Django模板不同於Mako模板和jinja2模板，在Django模板不能直接寫Python代碼，只能通過額外的定義filter和template tag實現。由於本文主要介紹Django流程，模板內容就不過多介紹。

PS: 以上代碼和內容都是基於Django 1.6.5版本，其他版本可能與其不同，請參考閱讀。

Over!

