WSGI를 사용하여 최소한의 Python 웹 애플리케이션 구축

Python 웹 애플리케이션을 작성하고, 특히 온라인 배포를 수행한 사람들은 WSGI 프로토콜에 대해 들어본 적이 있을 것입니다. 이는 Python의 웹 서버와 웹 애플리케이션 간의 데이터 교환 인터페이스를 정의합니다. 이 설명은 다소 추상적일 수 있으므로 아래의 실제 예시를 통해 자세히 설명하겠습니다.

프로덕션 환경에서의 웹 애플리케이션 배포

Django 또는 Flask와 같은 웹 애플리케이션 프레임워크를 사용하여 웹 애플리케이션을 개발했다고 가정해 봅시다. 이러한 프레임워크의 공식 문서에서는 일반적으로 Django의 python manage.py runserver 또는 Flask의 flask --app hello run과 같은 프레임워크의 내장 서버가 개발 단계에서 디버깅에만 적합하며 프로덕션 환경의 트래픽을 처리할 수 없다고 지적합니다. 프로덕션 환경에 배포할 때 웹 애플리케이션은 웹 서버 뒤에서 실행해야 합니다. 일반적인 웹 서버로는 Gunicorn과 uWSGI가 있습니다. 웹 서버는 웹 애플리케이션의 동시성 성능을 향상시키기 위해 프로세스 모델 및 스레드 모델과 같은 동시성 옵션을 제공합니다.

위의 간단한 시나리오에는 Gunicorn + Django, Gunicorn + Flask, uWSGI + Django 및 uWSGI + Flask의 네 가지 기술 선택 조합이 있습니다. 각 조합에서 웹 애플리케이션 프레임워크가 서로 다른 웹 서비스 적응 코드를 제공해야 하는 경우 복잡성은 $N^2$에 도달하여 명백히 비용 효율적이지 않습니다. WSGI의 존재는 웹 서버와 웹 애플리케이션 간의 인터페이스를 정의하기 위한 것이며, 프레임워크 개발자는 이 인터페이스에 대한 코딩만 수행하면 됩니다. 이렇게 하면 웹 애플리케이션 개발자는 더 자유롭게 선택할 수 있습니다. 예를 들어 동일한 Django 코드를 Gunicorn과 uWSGI 모두에서 실행할 수 있습니다.

웹 애플리케이션 프레임워크 없이

Django와 Flask가 WSGI에 어떻게 적응하는지 논의하기 전에 먼저 문제를 단순화해 보겠습니다. 웹 프레임워크의 역할은 라우팅 및 HTTP 요청 구문 분석과 같은 편리한 기능을 제공하여 웹 애플리케이션을 더 쉽고 빠르게 개발할 수 있도록 돕는 것입니다. 그러나 매우 간단한 애플리케이션의 경우 프레임워크를 사용하지 않도록 선택할 수도 있습니다.

PEP에서 정의한 WSGI 인터페이스는 매우 간단하며 웹 프레임워크를 사용할 필요가 없습니다(그리고 사용해서는 안 됩니다).

HELLO_WORLD = b"Hello world!\n"

def simple_app(environ, start_response):
    """Simplest possible application object"""
    status = '200 OK'
    response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
    start_response(status, response_headers)
    return [HELLO_WORLD]

이 간단한 웹 애플리케이션은 environ 환경 변수 사전과 start_response 함수를 통해 웹 서버와 상호 작용하며 웹 서버는 올바른 매개변수가 전달되도록 합니다.

위의 코드가 app.py로 저장되고 Gunicorn이 설치되었다고 가정합니다. 다음 명령을 사용하여 애플리케이션을 시작할 수 있습니다.

gunicorn app:simple_app

기본적으로 Gunicorn은 포트 8000에 바인딩됩니다. curl을 사용하여 테스트 요청을 보낼 수 있습니다.

$ curl http://localhost:8000
Hello world!

보시다시피 모든 것이 예상대로 작동합니다. 동시에 이 웹 애플리케이션의 코드 로직은 매우 간단합니다. 요청 경로(예: /, /api 등)와 요청 메서드(예: GET, POST, PUT 등)를 고려하지 않으며 항상 상태 코드 200과 Hello World!를 응답 본문으로 반환합니다.

$ curl http://localhost:8080/not-found
Hello world!
$ curl -X POST http://localhost:8080
Hello world!

Hello World 그 이상

앞에서 언급했듯이 일반적인 웹 애플리케이션에는 일반적으로 여러 엔드포인트가 있으며 서로 다른 요청에 따라 다른 응답을 반환해야 합니다.

웹 서버는 요청의 모든 정보를 environ 사전에 저장하고 다른 환경 변수도 포함합니다. 모든 키 중에서 다음 세 가지에 특히 주의해야 합니다.

REQUEST_METHOD: GET, POST 등과 같은 요청 메서드입니다.
PATH_INFO: 요청 경로입니다.
wsgi.input: 파일 객체입니다. 요청 본문에 데이터가 포함되어 있으면 이 객체를 통해 읽을 수 있습니다. 다른 키인 CONTENT_LENGTH는 요청 본문의 길이를 나타내며 일반적으로 함께 사용됩니다.

/ 경로에 JSON 유형 매개변수를 수신하는 새 POST 인터페이스를 구현한다고 가정합니다. 사용자가 {"name": "xxx"}를 전달하면 웹 애플리케이션은 Hello, xxx!를 반환하고 GET 인터페이스는 변경되지 않고 계속해서 Hello, World!를 반환합니다. 코드는 다음과 같습니다.

import json

def simple_app(environ, start_response):
    request_method = environ["REQUEST_METHOD"]
    path_info = environ["PATH_INFO"]
    response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
    if path_info == '/':
        status = '200 OK'
        if request_method == 'GET':
            body = b'Hello world!\n'
        elif request_method == 'POST':
            request_body_size = int(environ["CONTENT_LENGTH"])
            request_body = environ["wsgi.input"].read(request_body_size)
            payload = json.loads(request_body)
            name = payload.get("name", "")
            body = f"Hello {name}!\n".encode("utf-8")
        else:
            status = '405 Method Not Allowed'
            body = b'Method Not Allowed!\n'
    else:
        status = '404 NOT FOUND'
        body = b'Not Found!\n'
    start_response(status, response_headers)
    return [body]

요청 경로 및 요청 메서드 처리에 더하여 몇 가지 간단한 클라이언트 오류 감지도 추가했습니다. 예를 들어 / 이외의 경로에 액세스하면 404가 반환되고 GET 또는 POST 이외의 메서드로 /에 액세스하면 405가 반환됩니다. 다음은 몇 가지 간단한 테스트입니다.

$ curl http://localhost:8080/
Hello World!
$ curl -X POST http://localhost:8080/ -d '{"name": "leapcell"}'
Hello leapcell!
$ curl -X PUT http://localhost:8080/
Method Not Allowed!
$ curl http://localhost:8080/not-found
Not Found!

Flask와 더 비슷하게

웹 애플리케이션의 로직이 복잡해짐에 따라 simple_app 함수가 점점 더 길어질 것입니다. 이러한 종류의 "스파게티 코드"는 명백히 좋은 프로그래밍 방식에 부합하지 않습니다. Flask의 API를 참조하여 간단한 캡슐화를 수행할 수 있습니다.

예를 들어 함수를 호출 가능한 클래스로 변환하여 웹 애플리케이션 개발자가 WSGI 애플리케이션을 얻을 수 있도록 합니다. routes를 사용하여 경로에서 핸들러 함수로의 모든 매핑을 저장합니다. environ을 request 객체로 캡슐화하는 등의 작업을 수행합니다.

class MyWebFramework:
    def __init__(self):
        self.routes = {}

    def route(self, path):
        def wrapper(handler):
            self.routes[path] = handler
            return handler

        return wrapper

    def __call__(self, environ, start_response):
        request = self.assemble_request(environ)
        path_info = environ["PATH_INFO"]
        if path_info in self.routes:
            handler = self.routes[path_info]
            return handler(request)
        else:
            status = '404 NOT FOUND'
            response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
            start_response(status, response_headers)
            return [b'Not Found!\n']


app = MyWebFramework()


@app.route("/my_endpoint")
def my_endpoint_handler(request):
    # business logic here to handle request and assemble response
    response_headers = [('Content-type', 'text/plain')]
    status = '200 OK'
    body = b'Endpoint response!\n'
    return [body]

이러한 방식으로 MyWebFramework 부분을 웹 애플리케이션 프레임워크로 점진적으로 추상화할 수 있으며 웹 애플리케이션의 실제 비즈니스 로직은 각 핸들러 함수만 작성하면 됩니다. flask.app.Flask의 소스 코드를 참조하면 유사한 구현 방법을 사용합니다. Flask 애플리케이션은 Flask 코어 클래스에서 파생되며 이 클래스 자체가 WSGI 애플리케이션입니다.

Django의 설계는 약간 다릅니다. 비동기 요청을 지원하기 위해 ASGI(Asynchronous Server Gateway Interface) 프로토콜을 제안하고 구현했습니다. Django 애플리케이션은 내부 함수를 통해 ASGI 애플리케이션 또는 WSGI 애플리케이션으로 변환할 수 있습니다. WSGI 부분에만 집중하면 그 원리가 이전에 소개된 내용과 유사하다는 것을 알 수 있습니다.

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