Python异步编程｜ASGI 与 Django（附源码）

异步服务网关接口（Asynchronous Server Gateway Interface，ASGI）秉承WSGI统一网关接口原则，在异步服务、框架和应用之间提供一个标准接口，同时兼容WSGI。

01、ASGI

ASGI是根据统一接口的思想重新设计的新标准，你可能会有疑问，为什么不直接升级WSGI而去创造新的标准呢?

WSGI是基于HTTP短连接的网关接口，一次调用请求必须尽快处理完毕并返回结果，这种模式并不适用于长连接，例如HTML 5新标准中的技术SSE(Server-Sent Events)和WebSocket，WSGI及传统阻塞型IO 编程模型并不擅长处理这类请求。就算强行升级WSGI以支持异步IO，可是如果配套的技术(如Apache服务器)没有提供相应的支持也是没有意义的。既然Python异步IO 编程模型已经走在了前面，那就制定一个全新的标准ASGI以最优雅的方式支持并使用最新的技术。

ASGI接口是一个异步函数，它要求传入3个参数，分别为 scope、receive和send，示例代码如下：

async def app(scope， receive， send)：
    pass

其中scope是一个字典(dict)，包括连接相关的信息，图1所示是一个请求中的scope所包括信息的断点调试截图。

receive是一个异步函数，用于读取前端发来的信息，一条读取到的信息结构如下：

{
    'type'：'http.request'，
    'body'：b""，
    'more_body'：False
}

该信息中包括3个字段，分别为类型(type)、内容(body)和是否还有更多内容(more_body)，其中通过type 可以用来判断该信息是什么类型，如HTTP 请求、生命周期、WebSocket请求等，body是该信息中包括的数据，此数据采用二进制格式，more_body指明当前数据是否已经发送完毕，如果发送完毕，则more_body的值为False，这样便可以用来分段传输大文件。

■ 图1 断点截图

send也是一个异步函数，用于向前端发送信息，所发送的信息结构与从前端接收的信息结构类似。一个向前端发送简单信息的示例代码如下：

async def app(scope， receive， send)：
#向前端发送HTTP协议头，包括了HTTP状态与协议头
    await send({
        'type'：'http.response.start'，
        'status'：200，
        'headers'：[
            [b'content-type'， b'text/html']，
        ]
  })
#向前端发送数据，如果数据庞大，还可以分段发送
    await send({
        'type'：'http.response.body'，
        'body'：b"Hello World"，
        'more_body'：False
    })

除了常规数据通信外，ASGI 还规定了生命周期管理接口，可以用于侦听服务器的启动与关闭。在实际开发工作中，这非常有用，可以用来执行初始化工作与收尾工作，生命周期管理的运用代码如下：

async def app(scope， receive， send)：
    request_type = scope['type']
    if request_type == 'lifespan'：
        while True：
            message = await receive()
            if message['type'] == 'lifespan.startup'：
                await send({'type'：'lifespan.startup.complete'})
            elif message['type'] == 'lifespan.shutdown'：
                await send({'type'：'lifespan.shutdown.complete'})
                break

当scpoe['type']的类型是lifespan时，意味着该请求的类型是生命周期，该请求会在服务器启动之初发生，接下来应该实现对生命周期的管理。

通过无限循环不断侦听请求状态的变化，当读到message[t' ype']是lifespan.startup时执行初始化操作，在操作完成后向前端(协议层)发送lifespan.startup.complete信息，协议层可理解为服务器已经启动完成，可以正常接受浏览器请求了。

当读到message['type']是lifespan.shutdown时，意味服务要关闭，可能是由于服务器管理员执行了关闭指令，那么在这里就需要执行收尾工作，例如释放相应资源等。在收尾完成后向协议层发送lifespan.shutdown.complete信息，表明此时协议层可以放心地关闭服务器。

一个完整的基于ASGI的 Hello World 示例代码如下：

async def app(scope， receive， send)：
    request_type = scope['type']
    if request_type == 'http'：
        await send({
            'type'：'http.response.start'，
            'status'：200，
            'headers'：[
                [b'content-type'， b'text/html']，
            ]
        })
        await send({
            'type'：'http.response.body'，
            'body'：b"Hello World"，
            'more_body'：False
        })
    elif request_type == 'lifespan'：
        while True：
            message = await receive()
            if message['type'] == 'lifespan.startup'：
                await send({'type'：'lifespan.startup.complete'})
            elif message['type'] == 'lifespan.shutdown'：
                await send({'type'：'lifespan.shutdown.complete'})
                break
    else：
        raise NotImplementedError()

02、Uvicorn

Uvicorn是ASGI的一个协议层实现，一个轻量级的ASGI服务器，基于uvloop 和httptools实现，运行速度极快。

uvloop是一个高效的基于异步IO 的事件循环框架，底层实现由libuv承载。libuv是一个使用C语言开发的支持高并发的异步IO 库，由Node.js的作者开发，作为Node.js的底层IO 库实现，如今已经发展得相当成熟稳定。

要使用Uvicorn需要先通过命令pip install uvicorn安装该依赖项，项目结构如图2所示。

接下来在终端输入uvicorn asgi：app以启动该服务器，效果如图3所示

■ 图2 ASGI项目文件结构

■ 图3 启动ASGI服务器

服务器启动后，可使用浏览器通过http：//127.0.0.1：8000访问该站点，结果如图4所示。

为了向用户提供更加安全的服务，现代网站都需要支持HTTPS，Uvicorn 也提供了对HTTPS的支持，使用起来也相当方便。

首先准备好HTTPS证书文件，如图5所示。

■图4 页面访问结果

■ 图5 证书文件所在目录

接下来通过命令uvicorn--ssl-certfile ./ssl/cert.pem--ssl-keyfile ./ssl/cert.key asgi：app来启动该服务器，如图6所示。

■ 图6 以HTTPS方式启动服务器

容器化对应的 Dockerfile 文件内容如下：

FROM python：3-slim

RUN pip3 install -i https：//pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple uvicorn

容器化对应的docker-compose.yml内容如下：

services：
  web：
    build：.
    restart：always
    tty：true
    ports：
      - "8000：8000"
    volumes：
      - ".：/opt/"
    working_dir："/opt/"
    command：uvicorn --host 0.0.0.0 asgi：app

03、源码