python自带的http模块详解

时间：2021-11-16 18:42:01

挺久没写博客了，因为博主开始了今年另一段美好的实习经历，学习加做项目，时间已排满；很感谢今年这两段经历，让我接触了golang和python，学习不同语言，可以跳出之前学习c/c++思维的限制，学习golang和python的优秀特性以及了解在不同的场景，适用不同的语言；而之前学习linux和c/c++，也使我很快就上手golang和python;

我学习的习惯，除了学习如何使用，还喜欢研究源码，学习运行机制，这样用起来才会得心应手或者说，使用这些语言或框架，就和平时吃饭睡觉一样，非常自然；因为最近有接触到bottle和flask web框架，所以想看下这两个的源码，但是这两个框架是基于python自带的http，因此就有了这篇文章；

python http简单例子

python http框架主要有server和handler组成，server主要是用于建立网络模型，例如利用epoll监听socket；handler用于处理各个就绪的socket；先来看下python http简单的使用：

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import sys
from http.server import HTTPServer,SimpleHTTPRequestHandler
 
ServerClass = HTTPServer
HandlerClass = SimpleHTTPRequestHandler
 
if__name__ =='__main__':
 port = int(sys.argv[2])
 server_address = (sys.argv[1],port)
 httpd = ServerClass(server_address,HandlerClass)
 
sa=httpd.socket.getsockname()
print("Serving HTTP on",sa[0],"port",sa[1],"...")
 
try:
 httpd.serve_forever()
 except KeyboardInterrupt:
print("\nKeyboard interrupt received, exiting.")
 httpd.server_close()
 sys.exit(0)

运行上述例子，可以得到如下：

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python3 myhttp.py 127.0.0.1 9999

此时如果在当前文件夹新建一个index.html文件，就可以通过 http://127.0.0.1:9999/index.html 访问了index.html页面了。

这个例子的server类用的是HTTPServer，handler类是SimpleHTTPRequestHandler，因此当HTTPServer监听到有request到来时，就把这个request丢给SimpleHTTPRequestHandler类求处理；ok，了解这些之后，我们开始分别分析下server和handler.

http之server

http模块的设计充分利用了面向对象的继承多态，因为之前有看了会tfs文件系统的代码，所以再看python http时，没那么大的压力；先给出server的继承关系

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+------------------+
+------------+| tcpserver基类 |
| BaseServer +-------->| 开启事件循环监听 |
+-----+------+ | 处理客户端请求 |
 | +------------------+
 v +-----------------+
+------------+| httpserver基类 |
| TCPServer +-------->+设置监听socket |
+-----+------+ | 开启监听 |
 | +-----------------+
 v
+------------+
| HTTPServer |
+------------+

继承关系如上图所示，其中BaseServer和TCPServer在文件socketserver.py，HTTPServer在http/server.py；我们先看下来BaseServer；

BaseServer

因为BaseServer是所有server的基类，因此BaseServer尽可能抽象出所有server的共性，例如开启事件监听循环，这就是每个server的共性，因此这也是BaseServer主要做的使;我们来看下BaseServer主要代码部分

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defserve_forever(self, poll_interval=0.5):
 self.__is_shut_down.clear()
try:
with_ServerSelector()asselector:
 selector.register(self, selectors.EVENT_READ)
 
whilenotself.__shutdown_request:
 ready = selector.select(poll_interval)
ifready:
 self._handle_request_noblock()
 
 self.service_actions()
finally:
 self.__shutdown_request = False
 self.__is_shut_down.set()

代码中的selector其实就是封装了select,poll,epoll等的io多路复用，然后将服务自身监听的socket注册到io多路复用，开启事件监听，当有客户端连接时，此时会调用self._handle_request_noblock()来处理请求；接下来看下这个处理函数做了啥；

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def_handle_request_noblock(self):
try:
 request, client_address = self.get_request()
exceptOSError:
return
ifself.verify_request(request, client_address):
try:
 self.process_request(request, client_address)
except:
 self.handle_error(request, client_address)
 self.shutdown_request(request)
else:
 self.shutdown_request(request)

_handle_request_noblock函数是一个内部函数，首先是接收客户端连接请求，底层其实是封装了系统调用accept函数，然后验证请求，最后调用process_request来处理请求；其中get_request是属于子类的方法，因为tcp和udp接收客户端请求是不一样的(tcp有连接，udp无连接)

我们接下来再看下process_request具体做了什么；

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defprocess_request(self, request, client_address):
 self.finish_request(request, client_address)
 self.shutdown_request(request)
# -------------------------------------------------
deffinish_request(self, request, client_address):
 self.RequestHandlerClass(request, client_address, self)
 
defshutdown_request(self, request):
 self.close_request(request)

process_request函数先是调用了finish_request来处理一个连接，处理结束之后，调用shutdown_request函数来关闭这个连接；而finish_request函数内部实例化了一个handler类，并把客户端的socket和地址传了进去，说明，handler类在初始化结束的时候，就完成了请求处理，这个等后续分析handler时再细看；

以上就是BaseServer所做的事，这个BaseServer不能直接使用，因为有些函数还没实现，只是作为tcp/udp的抽象层；总结下：

先是调用serve_forever开启事件监听；
然后当有客户端请求到来时，将请求交给handler处理；

TCPServer

由上述BaseServer抽象出的功能，我们可以知道TCPServer或UDPServer应该完成的功能有，初始化监听套接字，并绑定监听，最后当有客户端请求时，接收这个客户端；我们来看下代码

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BaseServer==>
def__init__(self, server_address, RequestHandlerClass):
"""Constructor. May be extended, do not override."""
 self.server_address = server_address
 self.RequestHandlerClass = RequestHandlerClass
 self.__is_shut_down = threading.Event()
 self.__shutdown_request = False
#--------------------------------------------------------------------------------
TCPServer==>
def__init__(self, server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True):
 BaseServer.__init__(self, server_address, RequestHandlerClass)
 self.socket = socket.socket(self.address_family,
 self.socket_type)
ifbind_and_activate:
try:
 self.server_bind()
 self.server_activate()
except:
 self.server_close()
raise

TCPServer初始化时先是调用基类BaseServer的初始化函数，初始化服务器地址，handler类等，然后初始化自身的监听套接字，最后调用server_bind绑定套接字，server_activate监听套接字

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defserver_bind(self):
ifself.allow_reuse_address:
 self.socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
 self.socket.bind(self.server_address)
 self.server_address = self.socket.getsockname()
 
defserver_activate(self):
 self.socket.listen(self.request_queue_size)

TCPServer还实现了另一个函数，那就是接收客户端请求，

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defget_request(self):
returnself.socket.accept()

之前如果有学过linux编程，那么看这些代码应该会觉得很熟悉，因为函数名和Linux提供的系统调用名一模一样，这里也不多说了；

TCPServer其实已经把基于tcp的服务器主体框架搭起来了，因此HTTPServer在继承TCPServer基础上，只是重载了server_bind函数，设置reuse_address等；

ok，这里分析下上述例子程序的开启过程；

httpd = ServerClass(server_address,HandlerClass)这行代码在初始化HTTPServer时，主要是调用基类TCPServer的初始化方法，初始化了监听的套接字，并绑定和监听；
httpd.serve_forever()这行代码调用的是基类BaseServer的serve_forever方法，开启监听循环，等待客户端的连接；
如果有看过redis或者一些后台组件的源码，对这种并发模型应该很熟悉；ok，分析了server之后，接下来看下handler是如何处理客户端请求的。

http之handler

handler类主要分析tcp层的handler和http应用层的handler,tcp层的handler是不能使用的，因为tcp层只负责传输字节，但是并不知对于接收到的字节要如何解析，如何处理等；因此应用层协议如该要使用TCP协议，必须继承TCP handler，然后实现handle函数即可;例如，http层的handler实现handle函数，解析http协议，处理业务请求以及结果返回给客户端；先来看下tcp层的handler

tcp层handler

tcp层handler主要有BaseRequestHandler和StreamRequestHandler(都在socketserver.py文件)，先看下BaseRequestHandler代码，

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classBaseRequestHandler:
def__init__(self, request, client_address, server):
 self.request = request
 self.client_address = client_address
 self.server = server
 self.setup()
try:
 self.handle()
finally:
 self.finish()
 
defsetup(self):
pass
 
defhandle(self):
pass
 
deffinish(self):
pass

之前在看server时，知道处理客户端请求就是在handler类的初始化函数中完成；由这个基类初始化函数，我们知道处理请求大概经历三个过程：

  1. setup对客户端的socket做一些设置；
  2. handle真正处理请求的函数；
  3. finish关闭socket读写请求；

这个BaseRequestHandler是handler top level 基类，只是抽象出handler整体框架，并没有实际的处理；我们看下tcp handler，

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classStreamRequestHandler(BaseRequestHandler):
 timeout = None
 disable_nagle_algorithm = False
 
defsetup(self):
 self.connection = self.request
ifself.timeoutisnotNone:
 self.connection.settimeout(self.timeout)
ifself.disable_nagle_algorithm:
 self.connection.setsockopt(socket.IPPROTO_TCP,
 socket.TCP_NODELAY, True)
 self.rfile = self.connection.makefile('rb', self.rbufsize)
 self.wfile = self.connection.makefile('wb', self.wbufsize)
 
deffinish(self):
ifnotself.wfile.closed:
try:
 self.wfile.flush()
exceptsocket.error:
pass
 self.wfile.close()
 self.rfile.close()

tcp handler实现了setup和finish函数，setup函数设置超时时间，开启nagle算法以及设置socket读写缓存；finish函数关闭socket读写；

由上述两个tcp层的handler可知，要实现一个基于http的服务器handler，只需要继承StreamRequestHandler类，并实现handle函数即可；因此这也是http层handler主要做的事；

http层handler

由之前tcp层handler的介绍，我们知道http层handler在继承tcp层handler基础上，主要是实现了handle函数处理客户端的请求；还是直接看代码吧；

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defhandle(self):
 self.close_connection = True
 
 self.handle_one_request()
whilenotself.close_connection:
 self.handle_one_request()

这就是BaseHTTPRequestHandler的handle函数，在handle函数会调用handle_one_request函数处理一次请求；默认情况下是短链接，因此在执行了一次请求之后，就不会进入while循环在同一个连接上处理下一个请求，但是在handle_one_request函数内部会进行判断，如果请求头中的connection为keep_alive或者http版本大于等于1.1，则可以保持长链接；接下来看下handle_one_request函数是如何处理；

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defhandle_one_request(self):
try:
self.raw_requestline =self.rfile.readline(65537)
iflen(self.raw_requestline) >65536:
self.requestline =''
self.request_version =''
self.command =''
self.send_error(HTTPStatus.REQUEST_URI_TOO_LONG)
return
ifnotself.raw_requestline:
self.close_connection = True
return
ifnotself.parse_request():
return
 mname = 'do_'+self.command
ifnothasattr(self, mname):
self.send_error(
 HTTPStatus.NOT_IMPLEMENTED,
"Unsupported method (%r)"%self.command)
return
 method = getattr(self, mname)
 method()
self.wfile.flush()
 except socket.timeout as e:
self.log_error("Request timed out: %r", e)
self.close_connection = True
return

这个handle_one_request执行过程如下：

  1. 先是调用parse_request解析客户端http请求内容
  2. 通过"do_"+command构造出请求所对于的函数method
  3. 调用method函数，处理业务并将response返回给客户端

这个BaseHTTPRequestHandler是http handler基类，因此也是无法直接使用，因为它没有定义请求处理函数，即method函数；好在python为我们提供了一个简单的SimpleHTTPRequestHandler，该类继承了BaseHTTPRequestHandler，并实现了请求函数；我们看下get函数：

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# SimpleHTTPRequestHandler
# ---------------------------------------------
defdo_GET(self):
"""Serve a GET request."""
 f = self.send_head()
iff:
try:
 self.copyfile(f, self.wfile)
finally:
 f.close()

这个get函数先是调用do_GET函数给客户端返回response头部，并返回请求的文件，最后调用copyfile函数将请求文件通过连接返回给客户端；

以上就是http模块最基础的内容，最后，总结下例子程序handler部分：

  1. server把请求传给SimpleHTTPRequestHandler初始化函数；
  2. SimpleHTTPRequestHandler在初始化部分，对这个客户端connection进行一些设置；
  3. 接着调用handle函数处理请求；
  4. 在handle函数接着调用handle_one_request处理请求；
  5. 在handle_one_request函数内部，解析请求，找到请求处理函数；
  6. 我之前的访问属于get访问，因此直接调用do_GET函数将index.html文件返回给客户端；

python http模块到此已经分析结束；不知道大家有没发现，python自带的http模块使用起来不是很方便，因为它是通过请求方法来调用请求函数，这样当同一方法调用次数非常多时，例如get和post方法，会导致这个请求函数异常庞大，代码不好编写，各种情况判断；当然SimpleHTTPRequestHandler只是python提供的一个简单例子而已；

当然，python官方提供了针对http更好用的框架，即wsgi server和wsgi application；接下来文章先分析python自带的wsgiref模块以及bottle，后面再分析flask;

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