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。

WSGI
通过这张图，读者对 web 框架所处的位置和 WSGI 协议能够有一个感性的认识。

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 是一种协议，这里，需要注意两个相近的概念：

uwsgi 同 WSGI 一样是一种协议
而 uWSGI 是实现了 uwsgi 和 WSGI 两种协议的 web 服务器

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 werkzeug 的 run_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:WSGIRequestHandler 的 run_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：找到预处理函数，然后调用它分发请求，再调用所有后处理函数，最后返回 response。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。

在 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！