python

终于到了期末总结的时刻了！

经过一段时间的学习，相信你对Python已经初步掌握。一开始，可能觉得Python上手很容易，可是越往后学，会越困难，有的时候，发现理解不了代码，这时，不妨停下来思考一下，先把概念搞清楚，代码自然就明白了。

Python非常适合初学者用来进入计算机编程领域。Python属于非常高级的语言，掌握了这门高级语言，就对计算机编程的核心思想——抽象有了初步理解。如果希望继续深入学习计算机编程，可以学习Java、C、JavaScript、Lisp等不同类型的语言，只有多掌握不同领域的语言，有比较才更有收获。

常见问题

本节列出常见的一些问题。

如何获取当前路径

当前路径可以用'.'表示，再用os.path.abspath()将其转换为绝对路径：

# -*- coding:utf-8 -*-
# test.py

import os

print(os.path.abspath('.'))

运行结果：

$ python3 test.py 
/Users/michael/workspace/testing

如何获取当前模块的文件名

可以通过特殊变量__file__获取：

# -*- coding:utf-8 -*-
# test.py

print(__file__)

输出：

网站部署上线后，还缺点啥呢？

在移动互联网浪潮席卷而来的今天，一个网站没有上线移动App，出门根本不好意思跟人打招呼。

所以，awesome-python3-webapp必须得有一个移动App版本！

开发iPhone版本

我们首先来看看如何开发iPhone App。前置条件：一台Mac电脑，安装XCode和最新的iOS SDK。

在使用MVVM编写前端页面时，我们就能感受到，用REST API封装网站后台的功能，不但能清晰地分离前端页面和后台逻辑，现在这个好处更加明显，移动App也可以通过REST API从后端拿到数据。

我们来设计一个简化版的iPhone App，包含两个屏幕：列出最新日志和阅读日志的详细内容：

只需要调用API：/api/blogs。

作为一个合格的开发者，在本地环境下完成开发还远远不够，我们需要把Web App部署到远程服务器上，这样，广大用户才能访问到网站。

很多做开发的同学把部署这件事情看成是运维同学的工作，这种看法是完全错误的。首先，最近流行DevOps理念，就是说，开发和运维要变成一个整体。其次，运维的难度，其实跟开发质量有很大的关系。代码写得垃圾，运维再好也架不住天天挂掉。最后，DevOps理念需要把运维、监控等功能融入到开发中。你想服务器升级时不中断用户服务？那就得在开发时考虑到这一点。

下面，我们就来把awesome-python3-webapp部署到Linux服务器。

在Web App框架和基本流程跑通后，剩下的工作全部是体力活了：在Debug开发模式下完成后端所有API、前端所有页面。我们需要做的事情包括：

把当前用户绑定到request上，并对URL/manage/进行拦截，检查当前用户是否是管理员身份：

现在，我们已经把一个Web App的框架完全搭建好了，从后端的API到前端的MVVM，流程已经跑通了。

在继续工作前，注意到每次修改Python代码，都必须在命令行先Ctrl-C停止服务器，再重启，改动才能生效。

在开发阶段，每天都要修改、保存几十次代码，每次保存都手动来这么一下非常麻烦，严重地降低了我们的开发效率。有没有办法让服务器检测到代码修改后自动重新加载呢？

Django的开发环境在Debug模式下就可以做到自动重新加载，如果我们编写的服务器也能实现这个功能，就能大大提升开发效率。

可惜的是，Django没把这个功能独立出来，不用Django就享受不到，怎么办？

其实Python本身提供了重新载入模块的功能，但不是所有模块都能被重新载入。另一种思路是检测www目录下的代码改动，一旦有改动，就自动重启服务器。

按照这个思路，我们可以编写一个辅助程序pymonitor.py，让它启动wsgiapp.py，并时刻监控www目录下的代码改动，有改动时，先把当前wsgiapp.py进程杀掉，再重启，就完成了服务器进程的自动重启。

MVVM模式不但可用于Form表单，在复杂的管理页面中也能大显身手。例如，分页显示Blog的功能，我们先把后端代码写出来：

在apis.py中定义一个Page类用于存储分页信息：

在Web开发中，后端代码写起来其实是相当容易的。

例如，我们编写一个REST API，用于创建一个Blog：

用户管理是绝大部分Web网站都需要解决的问题。用户管理涉及到用户注册和登录。

用户注册相对简单，我们可以先通过API把用户注册这个功能实现了：

自从Roy Fielding博士在2000年他的博士论文中提出REST（Representational State Transfer）风格的软件架构模式后，REST就基本上迅速取代了复杂而笨重的SOAP，成为Web API的标准了。

什么是Web API呢？

如果我们想要获取一篇Blog，输入http://localhost:9000/blog/123，就可以看到id为123的Blog页面，但这个结果是HTML页面，它同时混合包含了Blog的数据和Blog的展示两个部分。对于用户来说，阅读起来没有问题，但是，如果机器读取，就很难从HTML中解析出Blog的数据。

如果一个URL返回的不是HTML，而是机器能直接解析的数据，这个URL就可以看成是一个Web API。比如，读取http://localhost:9000/api/blogs/123，如果能直接返回Blog的数据，那么机器就可以直接读取。

虽然我们跑通了一个最简单的MVC，但是页面效果肯定不会让人满意。

对于复杂的HTML前端页面来说，我们需要一套基础的CSS框架来完成页面布局和基本样式。另外，jQuery作为操作DOM的JavaScript库也必不可少。

从零开始写CSS不如直接从一个已有的功能完善的CSS框架开始。有很多CSS框架可供选择。我们这次选择uikit这个强大的CSS框架。它具备完善的响应式布局，漂亮的UI，以及丰富的HTML组件，让我们能轻松设计出美观而简洁的页面。

可以从uikit首页下载打包的资源文件。

所有的静态资源文件我们统一放到www/static目录下，并按照类别归类：

现在，ORM框架、Web框架和配置都已就绪，我们可以开始编写一个最简单的MVC，把它们全部启动起来。

通过Web框架的@get和ORM框架的Model支持，可以很容易地编写一个处理首页URL的函数：

@get('/')
def index(request):
    users = yield from User.findAll()
    return {
        '__template__': 'test.html',
        'users': users
    }

'__template__'指定的模板文件是test.html，其他参数是传递给模板的数据，所以我们在模板的根目录templates下创建test.html：

有了Web框架和ORM框架，我们就可以开始装配App了。

通常，一个Web App在运行时都需要读取配置文件，比如数据库的用户名、口令等，在不同的环境中运行时，Web App可以通过读取不同的配置文件来获得正确的配置。

由于Python本身语法简单，完全可以直接用Python源代码来实现配置，而不需要再解析一个单独的.properties或者.yaml等配置文件。

默认的配置文件应该完全符合本地开发环境，这样，无需任何设置，就可以立刻启动服务器。

我们把默认的配置文件命名为config_default.py：

在正式开始Web开发前，我们需要编写一个Web框架。

aiohttp已经是一个Web框架了，为什么我们还需要自己封装一个？

原因是从使用者的角度来说，aiohttp相对比较底层，编写一个URL的处理函数需要这么几步：

第一步，编写一个用@asyncio.coroutine装饰的函数：

@asyncio.coroutine
def handle_url_xxx(request):
    pass

第二步，传入的参数需要自己从request中获取：

url_param = request.match_info['key']
query_params = parse_qs(request.query_string)

最后，需要自己构造Response对象：

有了ORM，我们就可以把Web App需要的3个表用Model表示出来：

在一个Web App中，所有数据，包括用户信息、发布的日志、评论等，都存储在数据库中。在awesome-python3-webapp中，我们选择MySQL作为数据库。

Web App里面有很多地方都要访问数据库。访问数据库需要创建数据库连接、游标对象，然后执行SQL语句，最后处理异常，清理资源。这些访问数据库的代码如果分散到各个函数中，势必无法维护，也不利于代码复用。

所以，我们要首先把常用的SELECT、INSERT、UPDATE和DELETE操作用函数封装起来。

由于Web框架使用了基于asyncio的aiohttp，这是基于协程的异步模型。在协程中，不能调用普通的同步IO操作，因为所有用户都是由一个线程服务的，协程的执行速度必须非常快，才能处理大量用户的请求。而耗时的IO操作不能在协程中以同步的方式调用，否则，等待一个IO操作时，系统无法响应任何其他用户。

这就是异步编程的一个原则：一旦决定使用异步，则系统每一层都必须是异步，“开弓没有回头箭”。

幸运的是aiomysql为MySQL数据库提供了异步IO的驱动。

由于我们的Web App建立在asyncio的基础上，因此用aiohttp写一个基本的app.py：

搭建开发环境

首先，确认系统安装的Python版本是3.5.x：

$ python3 --version
Python 3.5.1

然后，用pip安装开发Web App需要的第三方库：

异步框架aiohttp：

$pip3 install aiohttp

前端模板引擎jinja2：

$ pip3 install jinja2

MySQL 5.x数据库，从官方网站下载并安装，安装完毕后，请务必牢记root口令。为避免遗忘口令，建议直接把root口令设置为password；

MySQL的Python异步驱动程序aiomysql：

$ pip3 install aiomysql

项目结构

选择一个工作目录，然后，我们建立如下的目录结构：

看完了教程，是不是有这么一种感觉：看的时候觉得很简单，照着教程敲代码也没啥大问题。

于是准备开始独立写代码，就发现不知道从哪开始下手了。

这种情况是完全正常的。好比学写作文，学的时候觉得简单，写的时候就无从下笔了。

虽然这个教程是面向小白的零基础Python教程，但是我们的目标不是学到60分，而是学到90分。

所以，用Python写一个真正的Web App吧！

目标

我们设定的实战目标是一个Blog网站，包含日志、用户和评论3大部分。

很多童鞋会想，这是不是太简单了？

比如webpy.org上就提供了一个Blog的例子，目测也就100行代码。

但是，这样的页面：

你拿得出手么？

asyncio可以实现单线程并发IO操作。如果仅用在客户端，发挥的威力不大。如果把asyncio用在服务器端，例如Web服务器，由于HTTP连接就是IO操作，因此可以用单线程+coroutine实现多用户的高并发支持。

asyncio实现了TCP、UDP、SSL等协议，aiohttp则是基于asyncio实现的HTTP框架。

我们先安装aiohttp：

pip install aiohttp

然后编写一个HTTP服务器，分别处理以下URL：

• / - 首页返回b'<h1>Index</h1>'；

• /hello/{name} - 根据URL参数返回文本hello, %s!。

代码如下：

用asyncio提供的@asyncio.coroutine可以把一个generator标记为coroutine类型，然后在coroutine内部用yield from调用另一个coroutine实现异步操作。

为了简化并更好地标识异步IO，从Python 3.5开始引入了新的语法async和await，可以让coroutine的代码更简洁易读。

请注意，async和await是针对coroutine的新语法，要使用新的语法，只需要做两步简单的替换：

1. 把@asyncio.coroutine替换为async；
2. 把yield from替换为await。

让我们对比一下上一节的代码：

asyncio是Python 3.4版本引入的标准库，直接内置了对异步IO的支持。

asyncio的编程模型就是一个消息循环。我们从asyncio模块中直接获取一个EventLoop的引用，然后把需要执行的协程扔到EventLoop中执行，就实现了异步IO。

用asyncio实现Hello world代码如下：

在学习异步IO模型前，我们先来了解协程。

协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。

协程的概念很早就提出来了，但直到最近几年才在某些语言（如Lua）中得到广泛应用。

子程序，或者称为函数，在所有语言中都是层级调用，比如A调用B，B在执行过程中又调用了C，C执行完毕返回，B执行完毕返回，最后是A执行完毕。

所以子程序调用是通过栈实现的，一个线程就是执行一个子程序。

子程序调用总是一个入口，一次返回，调用顺序是明确的。而协程的调用和子程序不同。

协程看上去也是子程序，但执行过程中，在子程序内部可中断，然后转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。

注意，在一个子程序中中断，去执行其他子程序，不是函数调用，有点类似CPU的中断。比如子程序A、B：

def A():
    print('1')
    print('2')
    print('3')

def B():
    print('x')
    print('y')
    print('z')

假设由协程执行，在执行A的过程中，可以随时中断，去执行B，B也可能在执行过程中中断再去执行A，结果可能是：

在IO编程一节中，我们已经知道，CPU的速度远远快于磁盘、网络等IO。在一个线程中，CPU执行代码的速度极快，然而，一旦遇到IO操作，如读写文件、发送网络数据时，就需要等待IO操作完成，才能继续进行下一步操作。这种情况称为同步IO。

在IO操作的过程中，当前线程被挂起，而其他需要CPU执行的代码就无法被当前线程执行了。

因为一个IO操作就阻塞了当前线程，导致其他代码无法执行，所以我们必须使用多线程或者多进程来并发执行代码，为多个用户服务。每个用户都会分配一个线程，如果遇到IO导致线程被挂起，其他用户的线程不受影响。

多线程和多进程的模型虽然解决了并发问题，但是系统不能无上限地增加线程。由于系统切换线程的开销也很大，所以，一旦线程数量过多，CPU的时间就花在线程切换上了，真正运行代码的时间就少了，结果导致性能严重下降。

由于我们要解决的问题是CPU高速执行能力和IO设备的龟速严重不匹配，多线程和多进程只是解决这一问题的一种方法。

另一种解决IO问题的方法是异步IO。当代码需要执行一个耗时的IO操作时，它只发出IO指令，并不等待IO结果，然后就去执行其他代码了。一段时间后，当IO返回结果时，再通知CPU进行处理。

Web框架把我们从WSGI中拯救出来了。现在，我们只需要不断地编写函数，带上URL，就可以继续Web App的开发了。

但是，Web App不仅仅是处理逻辑，展示给用户的页面也非常重要。在函数中返回一个包含HTML的字符串，简单的页面还可以，但是，想想新浪首页的6000多行的HTML，你确信能在Python的字符串中正确地写出来么？反正我是做不到。

俗话说得好，不懂前端的Python工程师不是好的产品经理。有Web开发经验的同学都明白，Web App最复杂的部分就在HTML页面。HTML不仅要正确，还要通过CSS美化，再加上复杂的JavaScript脚本来实现各种交互和动画效果。总之，生成HTML页面的难度很大。

由于在Python代码里拼字符串是不现实的，所以，模板技术出现了。

使用模板，我们需要预先准备一个HTML文档，这个HTML文档不是普通的HTML，而是嵌入了一些变量和指令，然后，根据我们传入的数据，替换后，得到最终的HTML，发送给用户：

了解了WSGI框架，我们发现：其实一个Web App，就是写一个WSGI的处理函数，针对每个HTTP请求进行响应。

但是如何处理HTTP请求不是问题，问题是如何处理100个不同的URL。

每一个URL可以对应GET和POST请求，当然还有PUT、DELETE等请求，但是我们通常只考虑最常见的GET和POST请求。

一个最简单的想法是从environ变量里取出HTTP请求的信息，然后逐个判断：

了解了HTTP协议和HTML文档，我们其实就明白了一个Web应用的本质就是：

1. 浏览器发送一个HTTP请求；

2. 服务器收到请求，生成一个HTML文档；

3. 服务器把HTML文档作为HTTP响应的Body发送给浏览器；

4. 浏览器收到HTTP响应，从HTTP Body取出HTML文档并显示。

所以，最简单的Web应用就是先把HTML用文件保存好，用一个现成的HTTP服务器软件，接收用户请求，从文件中读取HTML，返回。Apache、Nginx、Lighttpd等这些常见的静态服务器就是干这件事情的。

如果要动态生成HTML，就需要把上述步骤自己来实现。不过，接受HTTP请求、解析HTTP请求、发送HTTP响应都是苦力活，如果我们自己来写这些底层代码，还没开始写动态HTML呢，就得花个把月去读HTTP规范。

正确的做法是底层代码由专门的服务器软件实现，我们用Python专注于生成HTML文档。因为我们不希望接触到TCP连接、HTTP原始请求和响应格式，所以，需要一个统一的接口，让我们专心用Python编写Web业务。

网页就是HTML？这么理解大概没错。因为网页中不但包含文字，还有图片、视频、Flash小游戏，有复杂的排版、动画效果，所以，HTML定义了一套语法规则，来告诉浏览器如何把一个丰富多彩的页面显示出来。

HTML长什么样？上次我们看了新浪首页的HTML源码，如果仔细数数，竟然有6000多行！

所以，学HTML，就不要指望从新浪入手了。我们来看看最简单的HTML长什么样：

<html>
<head>
  <title>Hello</title>
</head>
<body>
  <h1>Hello, world!</h1>
</body>
</html>

可以用文本编辑器编写HTML，然后保存为hello.html，双击或者把文件拖到浏览器中，就可以看到效果：

在Web应用中，服务器把网页传给浏览器，实际上就是把网页的HTML代码发送给浏览器，让浏览器显示出来。而浏览器和服务器之间的传输协议是HTTP，所以：

• HTML是一种用来定义网页的文本，会HTML，就可以编写网页；

• HTTP是在网络上传输HTML的协议，用于浏览器和服务器的通信。

在举例子之前，我们需要安装Google的Chrome浏览器。

为什么要使用Chrome浏览器而不是IE呢？因为IE实在是太慢了，并且，IE对于开发和调试Web应用程序完全是一点用也没有。

我们需要在浏览器很方便地调试我们的Web应用，而Chrome提供了一套完整地调试工具，非常适合Web开发。

安装好Chrome浏览器后，打开Chrome，在菜单中选择“视图”，“开发者”，“开发者工具”，就可以显示开发者工具：