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Python中的魔法方法深入理解

系統(tǒng) 1765 0

接觸Python也有一段時(shí)間了,Python相關(guān)的框架和模塊也接觸了不少,希望把自己接觸到的自己 覺(jué)得比較好的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)分享給大家,于是取了一個(gè)“Charming Python”的小標(biāo),算是給自己開(kāi)了一個(gè)頭吧, 希望大家多多批評(píng)指正。 :)

from flask import request

Flask 是一個(gè)人氣非常高的Python Web框架,筆者也拿它寫(xiě)過(guò)一些大大小小的項(xiàng)目,F(xiàn)lask 有一個(gè)特性我非常的喜歡,就是無(wú)論在什么地方,如果你想要獲取當(dāng)前的request對(duì)象,只要 簡(jiǎn)單的:

復(fù)制代碼 代碼如下:

from flask import request

# 從當(dāng)前request獲取內(nèi)容
request.args
request.forms
request.cookies
... ...


非常簡(jiǎn)單好記,用起來(lái)也非常的友好。不過(guò),簡(jiǎn)單的背后藏的實(shí)現(xiàn)可就稍微有一些復(fù)雜了。 跟隨我的文章來(lái)看看其中的奧秘吧!

兩個(gè)疑問(wèn)?

在我們往下看之前,我們先提出兩個(gè)疑問(wèn):

疑問(wèn)一 : request ,看上去只像是一個(gè)靜態(tài)的類(lèi)實(shí)例,我們?yōu)槭裁纯梢灾苯邮褂胷equest.args 這樣的表達(dá)式來(lái)獲取當(dāng)前request的args屬性,而不用使用比如:

復(fù)制代碼 代碼如下:

from flask import get_request

# 獲取當(dāng)前request
request = get_request()
get_request().args


這樣的方式呢?flask是怎么把request對(duì)應(yīng)到當(dāng)前的請(qǐng)求對(duì)象的呢?

疑問(wèn)二 : 在真正的生產(chǎn)環(huán)境中,同一個(gè)工作進(jìn)程下面可能有很多個(gè)線(xiàn)程(又或者是協(xié)程), 就像我剛剛所說(shuō)的,request這個(gè)類(lèi)實(shí)例是怎么在這樣的環(huán)境下正常工作的呢?

要知道其中的秘密,我們只能從flask的源碼開(kāi)始看了。

源碼,源碼,還是源碼

首先我們打開(kāi)flask的源碼,從最開(kāi)始的__init__.py來(lái)看看request是怎么出來(lái)的:

復(fù)制代碼 代碼如下:

# File: flask/__init__.py
from .globals import current_app, g, request, session, _request_ctx_stack


# File: flask/globals.py
from functools import partial
from werkzeug.local import LocalStack, LocalProxy


def _lookup_req_object(name):
??? top = _request_ctx_stack.top
??? if top is None:
??????? raise RuntimeError('working outside of request context')
??? return getattr(top, name)

# context locals
_request_ctx_stack = LocalStack()
request = LocalProxy(partial(_lookup_req_object, 'request'))

我們可以看到flask的request是從globals.py引入的,而這里的定義request的代碼為 request = LocalProxy(partial(_lookup_req_object, 'request')) , 如果有不了解 partial是什么東西的同學(xué)需要先補(bǔ)下課,首先需要了解一下 partial 。

不過(guò)我們可以簡(jiǎn)單的理解為 partial(func, 'request') 就是使用 'request' 作為func的第一個(gè)默認(rèn)參數(shù)來(lái)產(chǎn)生另外一個(gè)function。

所以, partial(_lookup_req_object, 'request') 我們可以理解為:

生成一個(gè)callable的function,這個(gè)function主要是從 _request_ctx_stack 這個(gè)LocalStack對(duì)象獲取堆棧頂部的第一個(gè)RequestContext對(duì)象,然后返回這個(gè)對(duì)象的request屬性。

這個(gè)werkzeug下的LocalProxy引起了我們的注意,讓我們來(lái)看看它是什么吧:

復(fù)制代碼 代碼如下:

@implements_bool
class LocalProxy(object):
??? """Acts as a proxy for a werkzeug local.? Forwards all operations to
??? a proxied object.? The only operations not supported for forwarding
??? are right handed operands and any kind of assignment.
??? ... ...

看前幾句介紹就能知道它主要是做什么的了,顧名思義,LocalProxy主要是就一個(gè)Proxy, 一個(gè)為werkzeug的Local對(duì)象服務(wù)的代理。他把所以作用到自己的操作全部“轉(zhuǎn)發(fā)”到 它所代理的對(duì)象上去。

那么,這個(gè)Proxy通過(guò)Python是怎么實(shí)現(xiàn)的呢?答案就在源碼里:

復(fù)制代碼 代碼如下:

# 為了方便說(shuō)明,我對(duì)代碼進(jìn)行了一些刪減和改動(dòng)

@implements_bool
class LocalProxy(object):
??? __slots__ = ('__local', '__dict__', '__name__')

??? def __init__(self, local, name=None):
??????? # 這里有一個(gè)點(diǎn)需要注意一下,通過(guò)了__setattr__方法,self的
??????? # "_LocalProxy__local" 屬性被設(shè)置成了local,你可能會(huì)好奇
??????? # 這個(gè)屬性名稱(chēng)為什么這么奇怪,其實(shí)這是因?yàn)镻ython不支持真正的
??????? # Private member,具體可以參見(jiàn)官方文檔:
??????? # http://docs.python.org/2/tutorial/classes.html#private-variables-and-class-local-references
??????? # 在這里你只要把它當(dāng)做 self.__local = local 就可以了 :)
??????? object.__setattr__(self, '_LocalProxy__local', local)
??????? object.__setattr__(self, '__name__', name)

??? def _get_current_object(self):
??????? """
??????? 獲取當(dāng)前被代理的真正對(duì)象,一般情況下不會(huì)主動(dòng)調(diào)用這個(gè)方法,除非你因?yàn)?
??????? 某些性能原因需要獲取做這個(gè)被代理的真正對(duì)象,或者你需要把它用來(lái)另外的
??????? 地方。
??????? """
??????? # 這里主要是判斷代理的對(duì)象是不是一個(gè)werkzeug的Local對(duì)象,在我們分析request
??????? # 的過(guò)程中,不會(huì)用到這塊邏輯。
??????? if not hasattr(self.__local, '__release_local__'):
??????????? # 從LocalProxy(partial(_lookup_req_object, 'request'))看來(lái)
??????????? # 通過(guò)調(diào)用self.__local()方法,我們得到了 partial(_lookup_req_object, 'request')()
??????????? # 也就是 ``_request_ctx_stack.top.request``
??????????? return self.__local()
??????? try:
??????????? return getattr(self.__local, self.__name__)
??????? except AttributeError:
??????????? raise RuntimeError('no object bound to %s' % self.__name__)

??? # 接下來(lái)就是一大段一段的Python的魔法方法了,Local Proxy重載了(幾乎)?所有Python
??? # 內(nèi)建魔法方法,讓所有的關(guān)于他自己的operations都指向到了_get_current_object()
??? # 所返回的對(duì)象,也就是真正的被代理對(duì)象。

??? ... ...
??? __setattr__ = lambda x, n, v: setattr(x._get_current_object(), n, v)
??? __delattr__ = lambda x, n: delattr(x._get_current_object(), n)
??? __str__ = lambda x: str(x._get_current_object())
??? __lt__ = lambda x, o: x._get_current_object() < o
??? __le__ = lambda x, o: x._get_current_object() <= o
??? __eq__ = lambda x, o: x._get_current_object() == o
??? __ne__ = lambda x, o: x._get_current_object() != o
??? __gt__ = lambda x, o: x._get_current_object() > o
??? __ge__ = lambda x, o: x._get_current_object() >= o
??? ... ...

事情到了這里,我們?cè)谖恼麻_(kāi)頭的第二個(gè)疑問(wèn)就能夠得到解答了,我們之所以不需要使用get_request() 這樣的方法調(diào)用來(lái)獲取當(dāng)前的request對(duì)象,都是LocalProxy的功勞。

LocalProxy作為一個(gè)代理,通過(guò)自定義魔法方法。代理了我們對(duì)于request的所有操作, 使之指向到真正的request對(duì)象。

怎么樣,現(xiàn)在知道了 request.args 不是它看上去那么簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的吧。

現(xiàn)在,讓我們來(lái)看看第二個(gè)問(wèn)題,在多線(xiàn)程的環(huán)境下,request是怎么正常工作的呢? 還是讓我們回到globals.py吧:

復(fù)制代碼 代碼如下:

from functools import partial
from werkzeug.local import LocalStack, LocalProxy


def _lookup_req_object(name):
??? top = _request_ctx_stack.top
??? if top is None:
??????? raise RuntimeError('working outside of request context')
??? return getattr(top, name)

# context locals
_request_ctx_stack = LocalStack()
request = LocalProxy(partial(_lookup_req_object, 'request'))

問(wèn)題的關(guān)鍵就在于這個(gè) _request_ctx_stack 對(duì)象了,讓我們找到LocalStack的源碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

class LocalStack(object):

??? def __init__(self):
??????? # 其實(shí)LocalStack主要還是用到了另外一個(gè)Local類(lèi)
??????? # 它的一些關(guān)鍵的方法也被代理到了這個(gè)Local類(lèi)上
??????? # 相對(duì)于Local類(lèi)來(lái)說(shuō),它多實(shí)現(xiàn)了一些和堆棧“Stack”相關(guān)方法,比如push、pop之類(lèi)
??????? # 所以,我們只要直接看Local代碼就可以
??????? self._local = Local()

??? ... ...

??? @property
??? def top(self):
??????? """
??????? 返回堆棧頂部的對(duì)象
??????? """
??????? try:
??????????? return self._local.stack[-1]
??????? except (AttributeError, IndexError):
??????????? return None


# 所以,當(dāng)我們調(diào)用_request_ctx_stack.top時(shí),其實(shí)是調(diào)用了 _request_ctx_stack._local.stack[-1]
# 讓我們來(lái)看看Local類(lèi)是怎么實(shí)現(xiàn)的吧,不過(guò)在這之前我們得先看一下下面出現(xiàn)的get_ident方法

# 首先嘗試著從greenlet導(dǎo)入getcurrent方法,這是因?yàn)槿绻鹒lask跑在了像gevent這種容器下的時(shí)候
# 所以的請(qǐng)求都是以greenlet作為最小單位,而不是thread線(xiàn)程。
try:
??? from greenlet import getcurrent as get_ident
except ImportError:
??? try:
??????? from thread import get_ident
??? except ImportError:
??????? from _thread import get_ident

# 總之,這個(gè)get_ident方法將會(huì)返回當(dāng)前的協(xié)程/線(xiàn)程ID,這對(duì)于每一個(gè)請(qǐng)求都是唯一的


class Local(object):
??? __slots__ = ('__storage__', '__ident_func__')

??? def __init__(self):
??????? object.__setattr__(self, '__storage__', {})
??????? object.__setattr__(self, '__ident_func__', get_ident)

??? ... ...

??? # 問(wèn)題的關(guān)鍵就在于Local類(lèi)重載了__getattr__和__setattr__這兩個(gè)魔法方法

??? def __getattr__(self, name):
??????? try:
??????????? # 在這里我們返回調(diào)用了self.__ident_func__(),也就是當(dāng)前的唯一ID
??????????? # 來(lái)作為_(kāi)_storage__的key
??????????? return self.__storage__[self.__ident_func__()][name]
??????? except KeyError:
??????????? raise AttributeError(name)

??? def __setattr__(self, name, value):
??????? ident = self.__ident_func__()
??????? storage = self.__storage__
??????? try:
??????????? storage[ident][name] = value
??????? except KeyError:
??????????? storage[ident] = {name: value}

??? ... ...

??? # 重載了這兩個(gè)魔法方法之后

??? # Local().some_value 不再是它看上去那么簡(jiǎn)單了:
??? # 首先我們先調(diào)用get_ident方法來(lái)獲取當(dāng)前運(yùn)行的線(xiàn)程/協(xié)程ID
??? # 然后獲取這個(gè)ID空間下的some_value屬性,就像這樣:
??? #
??? #?? Local().some_value -> Local()[current_thread_id()].some_value
??? #
??? # 設(shè)置屬性的時(shí)候也是這個(gè)道理

通過(guò)這些分析,相信疑問(wèn)二也得到了解決,通過(guò)使用了當(dāng)前的線(xiàn)程/協(xié)程ID,加上重載一些魔法 方法,F(xiàn)lask實(shí)現(xiàn)了讓不同工作線(xiàn)程都使用了自己的那一份stack對(duì)象。這樣保證了request的正常 工作。

說(shuō)到這里,這篇文章也差不多了。我們可以看到,為了使用者的方便,作為框架和工具的開(kāi)發(fā)者 需要付出很多額外的工作,有時(shí)候,使用一些語(yǔ)言上的魔法是無(wú)法避免的,Python在這方面也有著 相當(dāng)不錯(cuò)的支持。

我們所需要做到的就是,學(xué)習(xí)掌握好Python中那些魔法的部分,使用魔法來(lái)讓自己的代碼更簡(jiǎn)潔, 使用更方便。

但是要記住,魔法雖然炫,千萬(wàn)不要濫用哦。


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