Flask网络框架介绍

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概述

  Flask是一个轻量级、灵活和高度可扩展的web应用框架。它由一个健壮的核心来提供web需要的基础功能，然后将期望的其他功能由第三方扩展模块提供，这与python语言的特性相似。

基础功能

  路由（routes）机制是指为每一个http请求的URL映射（map）处理函数（handler），具体实现则使用python的修饰符或者app.add_url_rule()方法。下面的代码例子非常简单直接，它为根路径指定index()处理函数，该函数直接返回一段HTML语句到客户端，这种处理函数称之为视图（view）函数。

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app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def index():
    return '<h1>Hello World!</h1>'

if __name__ == '__main__':
    app.run()

这很少的几行代码已经可以运行一个web服务器！
  Flask通过route修饰符的语法可以支持三种类型的URLs。route修饰符将URL看作由静态部分与动态部分组成，动态部分由<>标记，用作视图函数的参数。例如：

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@app.route('/user/<name>')
def user(name):
    return '<h1>Hello World %s!</h1>' % name

所以user可以处理所有静态部分为’/user/‘的URL。另外route修饰符的参数也可以设置Request的类型，如GET型或者POST型。

  Flask使用context机制来提供一些变量，这些变量被看作是全局（global）的，可以直接访问，比如Http请求的一些信息可以访问request变量获得。context分为Application context和Request context，前者包括一些面向整个应用的变量（如g, current_app）,后者包括一些仅面向某次http请求的变量（如reauest、session）。同时也不难理解，前者的变量只能在应用启动激活后才能访问，后者只能在某次来自客户端的request请求期间才可以访问。

  Flask使用Request Hooks机制来绑定一些函数，这些函数可以在http请求被分发（dispatching）到视图函数之前或者之后执行，这些函数可以执行一些通用的任务，可以避免相同的任务代码必须包含在所有的视图函数中，以此增加代码的重用性。

  app.config字典是一个通用的地方来存放配置变量。其中SECRET_KEY变量被Flask或第三方模块用作加密key，例如保护网站免受CSRF攻击的Flask-WTF模块。

  Blueprint机制是Flask为了支持动态生成应用实例（Application Instance）以及应用工厂（Application Factory）模式而产生的。app实例不再在全局代码的开头生成，而是由外部模块调用函数生成，因此view函数不能再使用app修饰符，因为此时app实例还不存在。Blueprint类似于Application，但它所定义的route处于休眠状态直到该Blueprint在Application中注册，例如：

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main = Blueprint('main', __name__)

@main.route('/')
def index():
    return '....'

def create_app():
    # ...
    app = Flask(__name__)
    app.register_blueprint(main)
    # ...

每一个Blueprint实际上生成了一个自己的命名空间（Namesapce），因此在不同的Blueprint中可以包含同名的view函数。

Jinja2模板引擎

  Flask支持将业务逻辑（business logic）与表示逻辑（presentation logic）分离。对数据库的操作是最常见的业务逻辑，而生成返回到客户端的HTML代码称为表示逻辑，将表示逻辑使用模板（template）可以提高应用的可维护性。
  模块文件包含静态部分和一些动态变量，这些动态变量的值由具体的Request context决定，将变量替换为实际的值并返回最后的Response的过程称之为渲染（rendering）。render_template方法是Jinja2引擎的主要接口。
  Jinja2支持任何类型的动态变量，包括list、dictionaries或者object等。Jinja2支持过滤器（filer），例如，其中capitalize将name的首字母转换成大写字母。其中safe过滤器可以防止特殊字符串比如HTML代码中被解析，否则恶意用户可以在最后的response中插入被执行的恶意代码。Jinja2支持控制结构，如if、for等，也支持宏（macro）功能，它类似于python的函数功能。Jinja2支持在任何地方引用另一个模块文件，来增加代码重用性，也支持模块继承功能。
  在模板文件中直接写入某些Link的URL地址会导致非常大的不灵活性，因此Flask提供url_for()方法从URL map中生成实际的URL地址。
  从另外一种角度看，模块引擎实际上是一种嵌入在HTML代码中的另外一种语言，它要在静态页面中增加动态内容的目的是和其他语言，如PHP，JSP等是相同的。从语言的角度理解模板引擎更能认识到它所带来的便利性，以及它本身不可避免地的带来的复杂性。

Flask-WTF表单处理模块

  Form类或其子类来表示web表单，该类定义了一系列域来表示表单中的对象，并通过validators函数来对域进行合法性检查。例如表单中的Text对象可以用StringField类表示，并使用Required()来检测非空合法性。表单的这种封装形式便于使用模板渲染。
  Post/Redirect/Get 模式是为了防止客户端刷新页面时发送重复的Post请求的机制。服务端首先处理Post请求，将Post请求中的表单数据存入session变量（Request context变量）中，然后返回Redirect报文；客户端接受到Redirect报文后发送Get请求，服务端会读取session变量中的数据并生成最后的包含HTML代码的Response。

数据库模块

  在选择数据库的问题上，ORMs和ODMs是一种值得注意的模型。它们可以将在对象（object）的操作转换为底层的数据库SQL命令，开发者可以不用自己编写SQL命令代码。这种机制可能会影响一些程序的性能，但在易用性、可移植性等方面却有着优势。
  Flask-SQLAlchemy模块是Flask对SQLAlchmy ORM的一种扩展。Model类可以被python的类继承来表示一个表，类中的属性（attributes）会转换为表的schema的属性（Column）。这些类的属性可以设置表名，也可以设置约束，如主键约束、外健引用、值域等，对应于编写数据库表定义的DDT文件。ForeignKey类和relationship方法可以表示数据库表与表的关系，如一对多（one-to-many）、多对一（many-to-one）和多对多（many-to-many）。插入、删除、查询和更新等操作都可以通过flask-sqlachemy提供的API完成，它们在运行过程中会执行底层的SQL命令，如果出现错误，也会抛出异常给用户。这些API可以直接在view函数中使用，来完成相应的业务逻辑。另外Pagination类支持分页功能。
  数据库迁移（database migration）框架Flask-Migrate用来跟踪数据库表schema的变化。在应用开发过程中，Model类的属性可能会增加、减少或更新，这导致数据库表的schema定义也要发生变化，而且要保证原有的数据不能丢失，migrate被用来帮助开发者有效率地解决这样的问题。

Werkzeug模块

  Werkzeug的security模块可以提供基于HASH的安全密码(secure password hashing)。
Werkzeug 是WSGI模块

其他模块

Flask-script模块为Flask增加了命令行解析器。
Flask-Moment模块提高时间和日期的本地化（Localization）。
Flask-login模块可以完成用户登陆、认证和保存登陆状态的功能。
itsdangerous模块提供加密token，可以用于身份认证。
Flask-pagedown模块支持MarkDown文本编辑器。
Flask-HTTPAuth模块提供RESTful的用户认证功能。

REST

  对于RIA（Rich Internet Application）架构，客户端承担更多的业务逻辑，而服务端主要任务是提供数据访问和存储。RIA和服务端通信的协议可以使用RPC，如XML-RPC或者SOAP，REST(Representational State Transfer)也是一个流行的选择。Flask可以容易地实现RESTful的web服务器。REST架构的风格：

  1. 将客户端与服务端分开
  2. 无状态（Stateless）：即服务端不保存任何客户端在不同的Request间传递的状态信息，而客户端的每次Request必须包含所有必要的信息。
  3. 缓存化（Cache）：服务端的Response可以被标记是否缓存。
  4. 统一接口（Uniform Interface）：客户端和服务端的通信协议必须一致、良好定义和标准化。
  5. 分层系统：客户端和服务器间可以插入代理（Proxy），来提高性能、可用性和可扩展性。
  6. Code-On-Demand：客户端可以从服务端下载代码并在自己的上下文中执行。

在REST中，资源（Resource）是核心概念，每一个资源URL必须与唯一的一个资源相互对应。资源的集合也可以对应一个URL，这个URL一般以’/‘结尾，来表达这些资源集合在一个文件夹中。另外，在REST架构中，GET请求用来获取单个资源或者资源集合；POST请求新增一个资源并把它加入某个集合中；PUT请求更新一个资源；DELETE请求删除一个资源或者资源集合。REST不严格要求资源的编码格式，客户端和服务端可以通过HTTP协商，常用的格式包括JSON和XML。REST的资源架构类似于WWW，在那里 ，一个资源中会包含许多指向其他资源的链接，整个WWW就是资源作为节点形成的巨大网络。
  在REST中，Versioning指REST服务端的接口可以版本化，并且在URL中包含版本号，这样做可以使得服务端根据版本号服务不同的客户端，这些客户端可能使用了最新的API，而另外一些却没有。
  由于REST是无状态的，因此它不能按照传统的方法来进行用户认证和访问控制。REST中，客户端的每一个请求都必须携带必要的认证信息，比如可以包含在HTTP的Authorization头部中。基于Token的认证可以避免将敏感信息频繁地出现在来往的报文中，客户端首先发送携带口令的请求，得到带有Token的回复，然后后续请求都只需要携带这个token来进行认证，token如果超期，客户端重新携带口令请求一个新的token。另外，服务端返回到客户端的资源不一定要和数据库的资源完全相同，有些安全敏感但对客户端无用的信息可以不包含在Response中。

应用开发结构

  Flask鼓励开发者按照自己的需求设定自己的项目文件和结构布局。
  工厂模式（Factory Pattern）。
  requirements.txt文件中记录应用所有的包依赖（Package Dependencies），它可以由pip自动生成，也就可以作为pip的install文件来自动安装所有的依赖包。
  单元测试（UnitTests）,可以使用python unittest库。