【Flask】Flask启程与实现一个基于Flask的最小应用程序

背景

虽然是一名算法工程师，但是实际情况是不仅要懂算法，还要懂工程。算法实现后，算法效果展示，算法落地等就需要一些工程化的内容。算法工程化的一个简单方式就是将落地的算法包装成服务，供他人调用。
那么问题来了，我们需要了解一下服务相关的内容。对外提供服务的方式也有多种方式，例如基于GRPC的服务，基于Restful的api接口服务等。当然，我个人感觉使用基于restful的api接口方式是使用比较多的。于是在了解Python web的相关框架，如Django，Flask， FastAPI等，综合考虑使用Flask去做这项工作。
那么学习一项技术最好的方式是看官方文档，但是官方文档很多内容是接口，方法的使用，枯燥、无味。这里我就通常看有没有Quickstart以及Tutorial，因为这个一方面是主流方法使用的概括。一方面是一个小demo的实现，读起来能够大致了解一项技术包含哪些内容，另一方面可以了解如果使用该技术去完成一些任务。至于更详细的内容，则可以通过查阅文档进一步挖掘知识。
查看Flask文档，恰好有这两部分内容。于是我就开心的学习和记录相关内容了。当然我也不会一口吞一个胖子，很快的阅读完，一段时间学一点记录一点，毕竟自己的主要工作是算法方面的拓展和实践。

当然，后面的记录既是官方文档的翻译也是自己的总结和笔记，献丑啦。

环境准备

flask如何安装可以参考官方网站，本次学习记录主要使用的是2.1.x版本。

为了更好地接近实际工作中的开发方式，我在虚拟机上装了一个centos7系统，并配置了anaconda开发环境。按照flask 2.1.x版本要求Python的版本是3.7+，我也创建了一个python3.7的空开发环境，以便后续可以导出requirements.txt文件。我们可以按照使用venv模块去创建虚拟环境。不过还是比较习惯使用conda去创建虚拟环境，如下：

conda create -n web_flask python=3.7

然后就是在这个环境中安装flask:pip install flask==2.1

下面就是使用pycharm以远程连接的方式连接这个虚拟开发环境了。你可能会想，在自己的虚拟机上开发会不会性能有影响？我觉得这个大可不必担心，这种开发不会吃电脑太多性能。

一个最小应用程序

一个最小的Flask应用可以如下所示：

from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route("/")
def hello_world():
    return "<p>Hello, World!</p>"

上面代码对应的功能如下：

1. 导入的Flask类，他是WSGI应用程序的一个实例。如果不清楚这个，可以参考百度词条：wsgi
2. 接下来就是对Flask进行实例化。其中第一个参数就是这个应用的模块或者包的名称。__name__在python中的作用是：第一种情况指的是当前运行的模块，那么当前模块__name__的值就为__main__；第二种情况指的是该模块是使用import导入的模块，那么这个被导入模块的__name__变量的值为该模块的文件名。这是必需的操作，以便 Flask 知道在哪里寻找资源，例如模板和静态文件。
3. 当我们使用route这个装饰器时，就是告诉Flask去这个方法处理什么样的URL链接。
4. 该函数返回我们想要在用户浏览器中显示的消息。默认内容类型为 HTML，因此字符串中的 HTML 将由浏览器呈现。

将上面的内容保存到hello.py这个文件中或者使用其他文件名。不过需要确保不是flask.py这个名字，否则会与Flask冲突。

我们使用flask这个命令或者python -m flask去运行这个应用。我们在linux系统hello.py对应文件路径下开始启动他，当然在此之前需要通过导出 FLASK_APP 环境变量来告诉终端要使用的应用程序：

$ export FLASK_APP=hello
$ flask run

于是就有了：

现在是运行起来了，但是只有服务器那台机器可以访问。

应用发现行为：其实flask对于应用启动是有快捷方式的，当服务程序是app.py或者wsgi.py时，就不需要设置FLASK_APP环境变量的。

程序运行起来后，本质上来说是启动了一个非常简单的内置服务器，其应对测试是没有问题的，但是不适合生产中使用。当系统中有其他程序占用了flask的默认端口5000时，启用是会出现OSError:[Errno98]或OSError:[WinError 10013]的错误，这时候则需要更改一下这个程序监听的端口。可以解决的一种方式是在运行命令中添加--port 其他端口号.

当前程序还只能被当前服务器自身访问 ，为了使程序成为一个Extenally Visible Server，可以做的一种方式是在运行开始时添加--host=0.0.0.0，如：flask run --host=0.0.0.0。这就告诉操作系统去监控所有的公网IP了。

根据以上两个问题，汇总开启程序如下：flask run --port 5001 --host=0.0.0.0

在宿主机访问如下：

此外，如果宿主机不能访问的话，可能是虚拟机的系统防火墙的问题，需要打开对5000端口的监听。打开方式可以参见【Centos7】防火墙(firewall)常用命令总结.

Debug模式

flask run命令还可以开启调试模式。通过开启调试模式，如果代码发生变动服务器可以自动加载，并且如果请求期间发生错误，则在浏览器中显示交互式调试器。

需要注意的是：degugger虽然好用，但是最好不要在生产环境中使用，可能会泄露系统的信息。
启动方式：

export FLASK_ENV=development
flask run

HTML转义

flask默认返回的response(响应)是HTML，当然也可以返回json格式的数据等。当返回的内容是HTML时，这时就需要考虑一个问题：injection attacks，flask页面端使用的html渲染引擎是Jinja，将会自动进行防注入攻击处理，就是进行转义。

下面是手动调用的防注入攻击的方式：escape()。为了描述简单，后面的内容都省略了，但是我们需要知道的是，我们是处理的数据都是不可信的数据。

from markupsafe import escape

@app.route("/<name>")
def hello(name):
    return f"Hello, {
      escape(name)}!"

例如，用户提交的name数据是<script>alert("bad")</script>，那么escape就会将其进行转义，页面端就不会执行这行代码。

可能<name>这种使用方式你还不理解，其就是从URL中获取参数便于服务端根据不同情况处理不同的问题，后面会介绍。

路由Routing

现代 Web 应用程序使用有意义的 URL 来帮助用户。如果页面使用有意义的 URL，他们可以记住并用于直接访问页面，用户更有可能喜欢页面并返回。

每个URL都代表一定意义，根据这些URL指定的意义返回页面是很重要的。于是在flask中，会使用route()这个小东西去绑定一个函数和URL请求。例如：

@app.route('/')
def index():
    return 'Index Page'

@app.route('/hello')
def hello():
    return 'Hello, World'

其实有了这，我们可以做更多！可以使部分 URL 动态化并将多个规则附加到一个函数。因为前文我们已经看到了可以获取URL中的参数。已经有点Restful接口的意思啦。

可变规则

那么如何动态地搞事情呢？我们可以通过使用 <variable_name> 标记部分来将可变部分添加到 URL中。我们的处理函数接受这个 <variable_name> ,就可以作为函数的参数。除此之外，我们可以使用转换器来指定参数的类型，例如 <converter:variable_name>。使用案例如下：

from markupsafe import escape

@app.route('/user/<username>')
def show_user_profile(username):
    # show the user profile for that user
    return f'User {
      escape(username)}'

@app.route('/post/<int:post_id>')
def show_post(post_id):
    # show the post with the given id, the id is an integer
    return f'Post {
      post_id}'

@app.route('/path/<path:subpath>')
def show_subpath(subpath):
    # show the subpath after /path/
    return f'Subpath {
      escape(subpath)}'

转换参数类型的功能，在低版本的flask是不支持的哦。那么类型转换有哪些呢？如下：

string	(默认值)接受任何不带斜线的文本
int	接受正整数
float	接受正浮点值
path	像字符串，但也接受斜杠
uuid	接受 UUID 字符串

独特的URLS/重定向行为

以下两条规则在使用斜杠时有所不同。

@app.route('/projects/')
def projects():
    return 'The project page'

@app.route('/about')
def about():
    return 'The about page'

其中，projects这个URL的尾部有一个斜线"/"，这似乎更像一个文件系统中的文件夹。如果您访问的 URL 不带斜杠 (/projects)，Flask 会将您重定向到带有斜杠 (/projects/) 的规范 URL。

about 端点的规范 URL 没有尾部斜杠。它类似于文件的路径名。使用尾部斜杠 (/about/) 访问 URL 会产生 404“未找到”错误。这有助于使这些资源的 URL 保持唯一性，从而帮助搜索引擎避免将同一页面编入两次索引。

也就是说，程序中URL中加上斜杠，用户访问的URL没有斜杠时，系统会补全。而程序中URL不加斜杠，用户访问的URL有斜杠时，那么就会报错。

URL构建

要构建特定函数的 URL，可以使用url_for()这个函数。它接受函数的名称作为其第一个参数和任意数量的关键字参数，每个关键字参数对应于 URL 规则的可变部分。未知的可变部分作为查询参数附加到 URL。

那么为什么要使用 URL 反转函数url_for()构建 URL，而不是将它们硬编码到模板中？

1. 反转通常比对 URL 进行硬编码更具描述性。
2. 您可以一次性更改 URL，而无需记住手动更改硬编码的 URL。
3. URL 构建透明地处理特殊字符的转义。
4. 生成的路径总是绝对的，避免了浏览器中相对路径的意外行为。
5. 如果您的应用程序位于 URL 根之外，例如，在 /myapplication 而不是 / 中，则 url_for() 会为您正确处理。

例如，这里我们使用test_request_context()方法来尝试 url_for()。 test_request_context() 告诉 Flask 表现得好像它正在处理一个请求。

from flask import url_for

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

@app.route('/login')
def login():
    return 'login'

@app.route('/user/<username>')
def profile(username):
    return f'{
      username}\'s profile'

with app.test_request_context():
    print(url_for('index'))
    print(url_for('login'))
    print(url_for('login', next='/'))
    print(url_for('profile', username='John Doe'))

访问结果：

/
/login
/login?next=/
/user/John%20Doe

HTTP协议中方法

Web 应用程序在访问 URL 时使用不同的 HTTP 方法。在使用 Flask 时，您应该熟悉 HTTP 方法。默认情况下，路由只响应 GET 请求。您可以使用 route() 装饰器的方法参数来处理不同的 HTTP 方法。

from flask import request

@app.route('/login', methods=['GET', 'POST'])
def login():
    if request.method == 'POST':
        return do_the_login()
    else:
        return show_the_login_form()

上面的示例将路由的所有方法保留在一个函数中，如果每个部分都使用一些公共数据，这将很有用。

您还可以将不同方法的视图分成不同的功能。 Flask 为每种常见的 HTTP 方法提供了一种使用 get()、post() 等装饰此类路由的快捷方式。

@app.get('/login')
def login_get():
    return show_the_login_form()

@app.post('/login')
def login_post():
    return do_the_login()

如果 GET 存在，Flask 会自动添加对 HEAD 方法的支持并根据 HTTP RFC 处理 HEAD 请求。同样，OPTIONS 会自动为您实施。

总结

码的有点累，下次周末继续搞一波。quickstart不知不觉已过半，加油！！！