Python Web开发的未来：ASGI的作用和影响

​译者 | 李睿

审校 | 孙淑娟

Python Web应用程序长期以来一直遵循Web服务器网关接口(WSGI)标准，该标准描述了它们如何与Web服务器通信。WSGI最初于2003年推出，并于2010年更新，仅依赖于Python2.2版本中原生可用的、易于实现的功能。因此， WSGI迅速融入了所有主要的Python Web框架，并成为Python Web开发的基石。

快进到2022年。Python2已经过时，Python现在具有处理网络调用等异步操作的原生语法。WSGI和其他默认假定同步行为的标准无法利用异步的性能和效率增益。这反过来又意味着WSGI不能有效地处理像WebSocket这样的高级协议。

输入ASGI，即异步服务器网关接口。与WSGI类似，ASGI描述了Python Web应用程序和Web服务器之间的通用接口。与WSGI不同的是，ASGI允许每个应用程序有多个异步事件。另外，ASGI支持同步和异步应用程序。开发人员可以将原有的同步WSGI Web应用程序迁移到ASGI，也可以使用ASGI构建新的异步Web应用程序。

1.WSGI的工作原理

WSGI的工作原理是向Web服务器公开Python函数，通常命名为应用程序或app。该函数采用两个参数：

• environ：包含有关当前请求和Web服务器提供的环境变量的信息的字典。
• start_response：将用于启动将HTTP响应发送回客户端的函数。

函数返回的数据构成响应体。

一个简单的应用程序函数可能如下所示：​

def application(environ, start_response):

 start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/plain')])

 return [b'Greetings universe']

如果使用的是与WSGI兼容的Web框架（例如Flask），那么该框架本身将提供一个应用程序功能，其所有组件将自动连接。

WSGI有两个缺点：首先，WSGI一次只处理一个请求和响应，并假设响应将立即返回。没有办法处理长时间保持的连接，例如WebSocket或长轮询HTTP连接。

其次，WSGI只是同步的。即使使用多线程连接池，每个连接都会阻塞，直到它返回响应。许多WSGI设置都能够处理线程池和进程池，但这些都受到WSGI接口本身同步的限制。

2.ASGI的工作原理​

ASGI在外观上与WSGI相似。与WSGI一样，开发人员可以定义一个应用程序函数对象，但它是一个带有三个参数而不是两个参数的异步函数：

scope：包含有关当前请求的信息的字典，类似于WSGI中的environ，但细节的命名约定略有不同。

send：允许应用程序将消息发送回客户端的异步可调用函数。

receive：允许应用程序从客户端接收消息的异步可调用函数。

一个简单的ASGI应用程序函数如下所示：

async def application(scope, receive, send):
 await send({
 'type': 'http.response.start',
 'status': 200,
 'headers': [
 [b'content-type', b'text/plain'],
 ],
 })
 await send({
 'type': 'http.response.body',
 'body': b'Hello, world!',
 })

与WSGI Web框架一样，ASGI Web框架将生成自己的application()函数，并根据需要将其连接起来。

与ASGI最明显的区别是，在整个函数中使用了异步隐喻。该函数本身是异步的，在此通过两个单独的await send( )命令发送HTTP标头和响应正文。这样，函数本身及其发送命令就不会阻塞任何内容；它们可以与应用程序的调用交织在一起，并可以同时从许多其他连接发送。

在这个例子中没有使用receive，但它也是一个异步函数。它让在不阻塞其他操作的情况下接收请求正文。请求和响应可以以这种方式增量地传入或传出服务器——这是无法很好地完成的事情，或者可能根本无法使用WSGI完成的。

3.在ASGI中使用同步和异步函数​

使用ASGI时，需要尽可能多地使用异步函数和异步友好库。养成使用异步的习惯是值得的，因为使用仅同步代码的问题可能很严重。任何对同步函数的长时间调用都会阻塞整个调用链，从而使使用异步的好处几乎消失殆尽。

如果在使用长时间运行的同步调用时遇到问题，需要使用asyncio.run_in_executor将调用外包给线程池或进程池。每当等待外部事件或非CPU密集型任务时，都应使用线程池。而进程池应该用于CPU密集型的本地任务。

例如，Web应用程序中有一个路由可以调用远程网站，那么应该使用线程。或者更好的方法是，使用发出异步HTTP请求的aiohttp库。如果想调用Pillow图像库来调整图像大小，可能应该使用带有进程池的run_in_executor。尽管在进程之间来回传输数据会有一些轻微的开销，但使用run_in_executor不会阻塞其他事件。

4.支持ASGI的Web框架

通过实现application( )对象，可以人工编写ASGI Web应用程序。但绝大多数情况下，使用异步原生、以ASGI为中心的Python Web框架会更简单。以下是一些常见的与ASGI兼容的Web框架：

Starlette和FastAPI：这些新兴框架（FastAPI构建在Starlette之上）都是异步优先的，因此它们都支持ASGI也就不足为奇了。如果是从零开始开发Web应用程序，那么它们是Python最现代和最前沿的Web框架。

Quart：虽然主要的Python Web框架Flask确实支持ASGI，但Flask的设计并不是从内到外利用异步隐喻。来自GitLab的Quart使用Flask的语法和隐喻，但允许异步路由处理程序。

Django 3.0及更高版本：从Django3.0开始，久负盛名的Django Web框架支持ASGI。在Django 3.1中添加了对Django应用程序中异步代码的支持，而不是仅仅能够在ASGI处理程序上挂载Django。对于一个不以执行速度著称的框架来说，异步的存在为那些选择利用它的人带来了更好的性能。

原文链接：https://www.infoworld.com/article/3658336/asgi-explained-the-future-of-python-Web-development.html​