什麼是web架構？

英文原文：http://jeffknupp.com/blog/2014/03/03/what-is-a-web-framework/ 在原文基礎上加上了自己在翻譯過程中，檢視的資料和自己的一些了解，同時簡化了一些不好了解的地方和加入了一些通俗易懂的語言。

統一詞彙：

web：網絡

application：應用（程式設計語言寫的程式）

web application：網絡應用（程式設計語言寫的程式，用于處理網絡上的資料）

request：請求

response：響應

什麼是web架構？

Web application frameworks(網絡應用架構)，簡稱：web架構，用于建構web應用。不管是簡單的部落格網站，還是複雜的<code>AJAX</code>應用，每一個頁面都是通過代碼生成。我發現許多開發者喜歡學習web架構，像：<code>Flask</code>或<code>Django</code>。但是，他們卻不真正了解什麼是web架構、web架構的目的是什麼、web架構是如何工作的。這篇文章，我将探究web架構中的那些不為人知的基本原理（通過探究，解答上面的三個問題）。讀完這篇文章，你可以完全了解什麼是web架構，為什麼web架構這麼重要。同時，你将能夠：更快的了解一個新的架構；知曉一個架構的優劣，進而根據需求(實際情況)，選擇更合适的架構。（這篇文章會讓你真正的了解web架構，而不是隻會用架構，按照文檔‘按部就班’。）

在我們開始談論web架構之前，我們需要知道web是如何工作的。我們将弄清楚：當你在浏覽器中輸入URL，按下回車，之後都發生了什麼。在你的浏覽器打開一個新的視窗，通路:<code>http://www.jeffknupp.com</code>(任何一個網址都可以，推薦：http://www.xueweihan.com ????)。我們将一步步的來探究你的浏覽器，在展示這個通路的頁面過程中都做了什麼。

每個網頁傳都是以<code>HTML</code>格式傳到你的浏覽器，<code>HTML</code>是一種用于描述網頁内容和結構的語言。響應并發送<code>HTML</code>給浏覽器的應用叫做web伺服器。容易令人迷惑的是：運作剛才所說的應用(響應并發送HTML給浏覽器的應用)的機器也叫做web伺服器。

需要注意，截止目前為止所有的伺服器都是發送<code>HTML</code>給浏覽器(注意：暫不考慮web伺服器是發送Json給浏覽器)。不論多麼複雜的應用，最終結果都是發送<code>HTML</code>給浏覽器。

web應用是怎麼知道發送什麼東西給浏覽器？它是根據浏覽器的請求傳回響應的内容。

浏覽器通過HTTP協定向伺服器請求網站的資料（HTTP協定在程式設計界是通用的、應用範圍極廣）。HTTP協定是‘請求－響應’模式的基礎。用戶端（浏覽器）從伺服器請求資料。web應用則是反過來響應客戶的請求，發送響應資料給用戶端（浏覽器）。

需要記住的一點是：通信是有用戶端（浏覽器）發起的。伺服器無法向用戶端，啟發（首先發起）連接配接或者主動發送資料給用戶端。如果你接收到從伺服器發來的資料，那麼一定是你的浏覽器請求的。

每一條資訊都有一個方法和HTTP聯系起來（換句話說：每個請求都需要一個指定HTTP方法）。不同的<code>HTTP</code>方法代表着不同的用戶端請求邏輯和目的。以請求<code>HTML</code>網頁為例(詳情請參考：form表單)：

送出表單有不同的邏輯，這兩個不同的方法(method)用于兩種不同的需求。

<code>GET</code>方法顧名思義：從伺服器，得到(請求)資料。<code>GET</code>請求是最常見的<code>HTTP</code>請求。<code>GET</code>請求web應用的過程中隻需要響應網頁的HTML（内容），而不需要任何其他的額外操作。注意：<code>GET</code>請求不應該改變web應用的狀态（例如：get不應該請求建立新的使用者）。 原因是：<code>GET</code>請求通常被認為是“安全”的，因為它不修改網站的資料。

<code>POST</code>請求，它和網站有更多的互動，不像<code>GET</code>方法隻是擷取資料。我們也可以通過表單發送資料給web應用，隻需要請求時：<code>method="post"</code>。<code>POST</code>請求是把使用者的輸入的資料，傳遞給web應用，例如：網站上的注冊功能，就是在表單中把你的資訊輸入完成，然後通過<code>POST</code>方法，把這些資料發送給web應用，web應用在處理你的注冊請求，傳回注冊成功或失敗的結果。

<code>POST</code>請求會導緻網站資料的改變。例如：通過<code>POST</code>表單，建立一個新的使用者賬号。<code>POST</code>請求的結果一般不請求接收新的HTML頁面。而是，用戶端根據響應的“響應狀态碼”做決定，例如：傳回狀态碼200，代表伺服器端操作成功，則用戶端響應作出成功的操作。

正常情況下，伺服器傳回響應碼：200，代表着：“我做了你要求的任何事情，一切都很好。”響應碼一般是三位數字。web應用必須給每個請求都傳回請求的處理結果，響應狀态碼：200，意思是“OK”，通常用于響應<code>GET</code>請求。<code>POST</code>請求，可能接收到<code>204</code>（“沒有内容”），意思是：“一起看起來沒有問題，但是我還沒有任何東西可以展示給你”。

注意：繼續說上面<code>form</code>表單的例子，<code>POST</code>請求的位址，決定于<code>action</code>字段的值。也就是說：<code>POST</code>請求的位址，是由HTML頁面中的字段決定的。

<code>GET</code>和<code>POST</code>方法是兩個最常見的<code>HTTP</code>方法。web應用責任是：接收的<code>HTTP</code>請求，并傳回相應的<code>HTTP</code>響應，傳回的請求結果通常包含HTML。<code>POST</code>請求是讓web應用做一些操作或者增加一條新的紀錄到資料庫。當然<code>HTTP</code>還有一些其他的方法，但是我們接下來隻說<code>GET</code>和<code>POST</code>。

最簡單的web應用是什麼樣？我們可以寫一個監聽<code>80</code>端口，等待連接配接（HTTP預設端口号就是80）的應用。它建立連接配接，等待接收用戶端發來的請求，接收到請求後，傳回一些簡單的HTML作為響應。

最簡單的web應用代碼：

(如果上面的代碼不能運作，嘗試把端口号(PORT)更換為<code>8080</code>)

這段代碼接收連接配接信号和請求信号，不管請求任何的URL，它都回複<code>HTTP 200</code>響應（是以這段代碼不是一個真正的web伺服器）。<code>Content-type: text/html</code>是頭（header）字段，被用來表示請求和響應的元資訊（meta-information:元資訊可用于浏覽器（如何顯示内容或重新加載頁面），搜尋引擎（關鍵詞）參考:meta)。這例子中，我們告訴用戶端資料類型是HTML：<code>Content-type: text/html</code>（而不是JSON:<code>Content-Type: application/json</code>）。

web應用接收到了請求，需要分析request，進而作出正确的處理。還需要傳回正确的response，是以應用需要能夠分析request和生成response，下面就說說什麼是：request和response。

如果仔細觀察<code>HTTP</code>請求，你會發現它和響應長的特别像。第一行是<code>&lt;HTTP Method&gt; &lt;URL&gt; &lt;HTTP version&gt;</code>(HTTP方法，請求的URL，HTTP協定版本)，例如：<code>GET / HTTP/1.1</code>。接下來，就是一些header（頭）字段，例如：<code>Accept: */*</code>(意思是：可以接收任何類型的響應)。這裡說的比較籠統，想要深究的同學可以參考：HTTP真的很簡單

上面說了Request的格式，下面該說說Response的格式：<code>&lt;HTTP version&gt; &lt;HTTP Status-Code&gt; &lt;Status-Code Reason-Phrase&gt;</code>(HTTP協定版本，HTTP狀态碼，HTTP狀态碼描述)，例如：<code>HTTP/1.1 200 OK</code>。接下來和請求的格式一樣，也是頭字段，最後就是response包含的實際内容了。内容可以是字元串或者二進制對象（比如：圖檔和檔案就是二進制對象），<code>Content-type</code>頭字段指出了，内容類型，用于定義網絡檔案的類型，讓用戶端知道響應回來的資料類型，得到正确的響應結果。

如果我們要在上面那個簡單的web應用的基礎上繼續，搭建出一個web應用，我們還需要解決以下幾個問題：

如何解析url使得，傳回url對應的結果。（路由：route）

如何在支援GET的基礎上，支援POST。

如何處理cookie和session。

如何處理上千的并發量。

沒有人願意每次建立web應用的時候都需要去處理這些問題。是以，就出現解決這些問題和HTTP協定的packages（包）。記住：這些包的核心方法我們上面的例子是一樣的：監聽端口，接收請求，傳回<code>HTTP</code>響應和HTML。

上面列出的建立web應用的問題，這裡挑出兩個：

如何把請求的URL對應到處理這個請求的方法上？

如何根據處理完的結果，動态的生成請求的HTML？

每一個web架構解決這兩個問題用的都是不同的方式，有許多不同的方法。舉例子說明，應該跟有助于了解。是以，下面我們講讨論：Django和Flask的解決這兩個問題的方法。在此之前，我們需要簡單的說一下MVC模式。

Django使用了MVC模式，MVC：“Model-View-Controller”(模型（Model）、視圖（View）和控制器（Controller))，把應用中的邏輯分成三個部分。資源，資料庫中的表相當于<code>Model</code>資料層。<code>Controller</code>控制器包含應用的業務邏輯和操作資料的操作。<code>View</code>視圖，用于展示資訊，動态的生成HTML，作為響應結果。

在Django中，控制器（Controller)被叫做視圖（Views），視圖（Views）被叫做模版（template）。這種叫法是有些奇怪，但是Django是一個簡單，優雅的MVC結構的實作。

路由是：把請求的URL和處理這個請求的代碼，處理結果聯系起來。拿咱們上面那個“最簡單的web應用例子”來說，所有的請求，都是被同一段代碼處理。正常的都是每個URL都有對應一個處理（handler）的函數，比如：我們通路<code>www.foo.com/bar</code>，它就對應<code>handle_bar()</code>函數，這個函數負責傳回響應。我們可以把應用中的每個URLs都和一個方法一一對應起來。

如果請求的url中帶有參數，我們如果擷取url中的參數？并把參數傳遞給對應的處理函數？例如：<code>www.foo.com/users/3/</code>，我們想要顯示user的id：3。

Django的解決辦法是，通過正規表達式得到url中的的參數。比如：把url比對<code>^/users/(?P&lt;id&gt;\d+)/$</code>的結果傳入<code>display_user(id)</code>函數，這個<code>id</code>參數就是url比對出來的結果。通過這種方法，形如：<code>/users/&lt;some number&gt;/</code>的URL都将調用<code>display_user</code>函數。

Flask的路由管理機制和Django的有所不同，它使用的是<code>route()</code>裝飾器。如下：

這如上面所展示的，使用裝飾器實作URL和方法的一一對應，更加簡潔明了。參數通過<code>&lt;name:type&gt;</code>格式，專遞給修飾的方法，靜态的URLs比如：<code>/info/about_us.html</code>，你可以這樣處理：<code>@app.route('/info/about_us.html')</code>。

我們說完如何把‘URL和處理函數一一對應起來并傳遞參數到函數中’，這次我們需要把URL中的參數展示到頁面上，也就是根據請求動态的生成頁面（HTML）。Django和Flask都是用HTML模版來決解這種情況。

HTML模版類似于使用<code>str.format()</code>：它把動态的值（根據請求傳回的值）有占位符來代替，最後輸出的時候，再把通過<code>str.format()</code>函數，把占位符轉化成具體的值。把一個頁面想象成一個很長的字元串，裡面的動态變量用占位符來替代，最後調用<code>str.format()</code>函數。Django和Flask使用的都是jinjia2模版引擎。

模版引擎是為了動态生成頁面，是以它的主要作用就是：生成一個模版，用于根據請求傳回的值，生成頁面，就像‘填空’。例如：模版内容：我是__程式員，而我想要展示：我是python程式員，而你沒準想要顯示：我是java程式員。具體實作，參考上面給的連接配接。

Django有着‘自帶電池’的設計哲學，包含了ORM（對象關系映射：資料庫中的表對應成代碼中的類)，使得操作資料就像操作變得簡單。Flask是‘微型架構’，它沒有自帶資料互動的模版，但是你可以使用SQLAlchemy。Flask和Django通過使用ORM使得資料：增，删，改，查；變得十分友善，簡單。

到此為止，web架構到底做了什麼就變得很清晰了：把<code>HTTP</code>的請求和響應，根據特定的規則對應到具體的處理函數上。把處理完的結果，傳遞到模版引擎上。Django和Flask是兩個極端。Django包含了各種功能；Flask是‘微型架構’，隻包含web架構的基本功能，但可以通過第三方包來擴充功能。

記住，Python web架構做的都是同樣一件事情：接收<code>HTTP</code>請求，配置設定處理的方法，生成HTML作為<code>HTTP</code>響應，傳回給用戶端。實際上，幾乎所有的web架構都是做了這些工作。但願，你現在能夠根據自己的需求，挑選最适合的架構了。