一文读懂flask--gunicorn是如何启动flask应用
1.gunicorn是如何启动flask应用的
在了解了开发模式下flask是如何启动，并且是如何监听请求，在收到请求后又是怎么处理请求之后，接下来进一步了解在生产环境中最常用的gunicorn是如何启动、如何监听请求，并且保证一个请求只会被一个worker处理，而不会被多个worker处理，以及woker又是如何将请求分发到flask应用中的，同时这里也会提供一个简单的示例演示如何为每一个woker添加ros的初始化节点用以保证对外暴露的接口能够正常通过ros服务进行通信
1.1 gunicorn启动过程
在gunicorn中入口方法是gunicorn.app.base:Application类的run方法，这里主要分析如何通过api的方式启动，不对命令行方式做解读，以下是定义一个自定义的Flask应用，并通过继承gunicorn.app.base:BaseApplication的方式拓展gunicorn的启动方式，将通过命令行的方式修改为何执行普通python监本一样的方式通过gunicorn启动我们的应用，以下是一个简单的代码示例：
python
class CustomWorker(SyncWorker):
worker_count = 0 # 记录初始化次数，给woker节点编号
def __init__(self, *args, **kwargs):
super(CustomWorker, self).__init__(*args, **kwargs)
self.__class__.worker_count += 1
@classmethod
def get_worker_count(cls):
return cls.worker_count
def init_process(self):
if not rospy.core.is_initialized(): # 判断当前woker是否已经初始化过节点
node_name = f'dispatch_interface_services_worker{self.get_worker_count()}' # 使用worker编号给节点命名
rospy.init_node(node_name)
logger.info(f"ROS Node {node_name} initialized in worker {os.getpid()}")
super(CustomWorker, self).init_process()
class RobotApp(Flask):
def __init__(self, import_name):
super(RobotApp, self).__init__(import_name)
self.setup_blueprints()
@staticmethod
def check():
return Response(None)
def setup_blueprints(self):
"""这个方法主要用来注册路由和视图"""
......
class Application(BaseApplication):
def __init__(self, service_name, options=None):
"""
options: options = {
'bind': f"127.0.0.1:8888", # 绑定地址和端口
'workers': 4, # 指定 workers 数量
'accesslog': "-", # 输出到标准输出，取消gunicorn接管日志输出
'worker_class': 'CustomWorker', 自定义worker,在这里初始化ros节点，包路径，需要从工作目录到这个类所在的完整路径
'timeout': 300
}
"""
self.options = options or {}
super(Application, self).__init__()
self.application = None
self.logger = logger # 自定义一直输出，如果项目中已经使用了其他的日志框架，而不想让gunicorn接管日志输出，需要将日志框架的对象指定给这里
def load_config(self):
config = {key: value for key, value in iteritems(self.options)
if key in self.cfg.settings and value is not None}
for key, value in iteritems(config):
self.cfg.set(key.lower(), value)
def load(self):
return RobotApp(__name__)
if __name__ == '__main__':
app = Application("dispatch_interface_services", options={"bind": "0.0.0.0:5000", "workers": 1， 'worker_class': 'CustomWorker'})
app.run()以上是一个简单的实例，演示了如何通过gunicorn的api的方式开发，并提供了通过自定义worker的方式为每个worker启动的时候添加自己的逻辑，这里主要是为了给每个worker初始化一个固定名称的ros节点，对于Flask应用来说是没有任何改动，只是在启动gunicorn的时候换了一种更加灵活和方便的方式，接下来就看一下gunicorn又是如何启动的。
在上述代码中，可以看到自定义的Application类是继承了gunicorn.app.base.BaseApplication类，然后直接通过调用run方法进行启动的，那么就从这个方法开始，看一下启动过程都有哪些步骤，下面这段代码是BaseApplication的run方法的具体实现：
python
class BaseApplication(object):
"""
An application interface for configuring and loading
the various necessities for any given web framework.
"""
......
def run(self):
try:
Arbiter(self).run()
except RuntimeError as e:
print("\nError: %s\n" % e, file=sys.stderr)
sys.stderr.flush()
sys.exit(1)
class Arbiter(object):
"""
Arbiter maintain the workers processes alive. It launches or
kills them if needed. It also manages application reloading
via SIGHUP/USR2.
"""
......
def run(self):
"Main master loop."
self.start() # 调用start方法，初始化配置信息，创建相关文件描述符，注册signal信号，创建socket等操作
util._setproctitle("master [%s]" % self.proc_name)
try:
self.manage_workers() # 根据配置的worker数管理woker，少了则创建，多了会销毁
while True: # 开启无限循环监听注册的信号事件，并做出相应处理
self.maybe_promote_master()
sig = self.SIG_QUEUE.pop(0) if self.SIG_QUEUE else None
if sig is None:
self.sleep()
self.murder_workers()
self.manage_workers()
continue
if sig not in self.SIG_NAMES:
self.log.info("Ignoring unknown signal: %s", sig)
continue
signame = self.SIG_NAMES.get(sig)
handler = getattr(self, "handle_%s" % signame, None)
if not handler:
self.log.error("Unhandled signal: %s", signame)
continue
self.log.info("Handling signal: %s", signame)
handler()
self.wakeup()
except (StopIteration, KeyboardInterrupt):
self.halt()
except HaltServer as inst:
self.halt(reason=inst.reason, exit_status=inst.exit_status)
except SystemExit:
raise
except Exception:
self.log.info("Unhandled exception in main loop",
exc_info=True)
self.stop(False)
if self.pidfile is not None:
self.pidfile.unlink()
sys.exit(-1)在这个run方法中主要通过以下几个步骤来启动处理请求的worker，并对worker进行管理：
- 调用start方法，初始化配置信息，创建相关文件描述符，注册signal信号，创建socket等操作
- 根据配置的worker数管理woker，少了则创建，多了会销毁，保持worker数和配置的数量保持一致
- 开启无限循环监听注册的信号事件，并做出相应处理
解下来看一下又是怎么创建一个新的worker和对其进行管理的：
python
class BaseApplication(object):
"""
An application interface for configuring and loading
the various necessities for any given web framework.
"""
......
def manage_workers(self):
"""\
Maintain the number of workers by spawning or killing
as required.
"""
if len(self.WORKERS) < self.num_workers: # 判断当前worker数量
self.spawn_workers() # 创建新的worker
workers = self.WORKERS.items()
workers = sorted(workers, key=lambda w: w[1].age)
while len(workers) > self.num_workers:
(pid, _) = workers.pop(0)
self.kill_worker(pid, signal.SIGTERM) # 销毁已经存在的worker
active_worker_count = len(workers)
if self._last_logged_active_worker_count != active_worker_count:
self._last_logged_active_worker_count = active_worker_count
self.log.debug("{0} workers".format(active_worker_count),
extra={"metric": "gunicorn.workers",
"value": active_worker_count,
"mtype": "gauge"})
def spawn_worker(self):
self.worker_age += 1
worker = self.worker_class(self.worker_age, self.pid, self.LISTENERS,
self.app, self.timeout / 2.0,
self.cfg, self.log) # 调用指定的worker类，实例化worker
self.cfg.pre_fork(self, worker)
pid = os.fork()
if pid != 0:
worker.pid = pid
self.WORKERS[pid] = worker
return pid
# Do not inherit the temporary files of other workers
for sibling in self.WORKERS.values():
sibling.tmp.close()
# Process Child
worker.pid = os.getpid()
try:
util._setproctitle("worker [%s]" % self.proc_name)
self.log.info("Booting worker with pid: %s", worker.pid)
self.cfg.post_fork(self, worker)
worker.init_process() # 调用worker的方法，我这里在这个方法为worker自定义了初始化ros节点，也可根据需要添加其他逻辑,
sys.exit(0)
except SystemExit:
raise
except AppImportError as e:
self.log.debug("Exception while loading the application",
exc_info=True)
print("%s" % e, file=sys.stderr)
sys.stderr.flush()
sys.exit(self.APP_LOAD_ERROR)
except Exception:
self.log.exception("Exception in worker process")
if not worker.booted:
sys.exit(self.WORKER_BOOT_ERROR)
sys.exit(-1)
finally:
self.log.info("Worker exiting (pid: %s)", worker.pid)
try:
worker.tmp.close()
self.cfg.worker_exit(self, worker)
except Exception:
self.log.warning("Exception during worker exit:\n%s",
traceback.format_exc())
def spawn_workers(self):
"""\
Spawn new workers as needed.
This is where a worker process leaves the main loop
of the master process.
"""
for _ in range(self.num_workers - len(self.WORKERS)): # 遍历配置的worker数量，创建指定数量的worker
self.spawn_worker()
time.sleep(0.1 * random.random())在这里通过执行以下几个步骤，来完成对worker的初始化，以及加载相关配置信息，按照指定的worker数量创建worker，
- 判断当前worker数量, 小于指定的worker数，则创建新的worker
- 遍历配置的worker数量，创建指定数量的worker
- 调用指定的worker类，实例化worker
- 调用worker的方法，我这里在这个方法为worker自定义了初始化ros节点，也可根据需要添加其他逻辑
1.2 处理请求过程
在上述的创建worker的过程中，会为每一个worker分配监听的文件描述符、ros节点信息、并开启请求监听，到这里启动worker的过程就已经结束，接下来主要看一下是怎么为worker分配socket描述符以及如何开启监听的，又是怎么做到只有一个一个请求只会被一个worker处理的，下面是worker的初始化过程，在这里也有一个简单的继承关系如下，在前面我自定义的worker是继承gunicorn.workers.sync:SyncWorker，完整的继承关系如下
CustomWorker -> gunicorn.workers.sync.SyncWorker -> gunicorn.workers.base.Worker而在前面调用的init_process方法除了在自定义CustomWorker中实现外，便是在gunicorn.workers.base.Worker中有实现，而在CustomWorker中只是添加了我自己的逻辑，最终还是调用了父类的这个方法，所以这里直接看gunicorn.workers.base.Worker中的实现，以下是部分源码
python
class Worker(object):
......
def init_process(self):
"""\
If you override this method in a subclass, the last statement
in the function should be to call this method with
super().init_process() so that the ``run()`` loop is initiated.
"""
# set environment' variables
if self.cfg.env:
for k, v in self.cfg.env.items():
os.environ[k] = v
util.set_owner_process(self.cfg.uid, self.cfg.gid,
initgroups=self.cfg.initgroups) # 设置worker的拥有者，通过用户名配置，并配置用户组
# Reseed the random number generator
util.seed()
# For waking ourselves up
self.PIPE = os.pipe() # 创建一个单向的管道
for p in self.PIPE:
util.set_non_blocking(p)
util.close_on_exec(p)
# Prevent fd inheritance
for s in self.sockets:
util.close_on_exec(s)
util.close_on_exec(self.tmp.fileno())
self.wait_fds = self.sockets + [self.PIPE[0]] # 指定监听的描述符信息，包括上述的管道和之前创建的网络socket
self.log.close_on_exec()
self.init_signals()
# start the reloader
if self.cfg.reload:
def changed(fname):
self.log.info("Worker reloading: %s modified", fname)
self.alive = False
os.write(self.PIPE[1], b"1")
self.cfg.worker_int(self)
time.sleep(0.1)
sys.exit(0)
reloader_cls = reloader_engines[self.cfg.reload_engine]
self.reloader = reloader_cls(extra_files=self.cfg.reload_extra_files,
callback=changed)
self.load_wsgi() # 通过调用app的load方法加载Flask应用的实例，并赋值给self.wsgi,就不在这里展示具体代码，感兴趣的可以去看一下
if self.reloader:
self.reloader.start()
self.cfg.post_worker_init(self)
# Enter main run loop
self.booted = True
self.run() # 开始请求监听在这个方法中首先会给worker设置拥有者，通过用户名配置，并配置用户组信息，再创建一个单向的管道，指定监听的描述符信息，包括上述的管道和之前创建的网络socket，通过调用app的load方法加载Flask应用的实例，并赋值给self.wsgi，最后开始请求监听，那么接着看一下gunicorn是如何实现请求监听，并在收到请求是处理请求的
python
class SyncWorker(base.Worker):
......
def run_for_multiple(self, timeout):
while self.alive:
self.notify()
try:
ready = self.wait(timeout)
except StopWaiting:
return
if ready is not None:
for listener in ready:
if listener == self.PIPE[0]:
continue
try:
self.accept(listener) # 这里是通过调用操作系统提供的接口获取请求信息并进行处理，在这里保证了同一个收到的请求数据只会被一个worker获取并处理
except EnvironmentError as e:
if e.errno not in (errno.EAGAIN, errno.ECONNABORTED,
errno.EWOULDBLOCK):
raise
if not self.is_parent_alive():
return
def run(self):
# if no timeout is given the worker will never wait and will
# use the CPU for nothing. This minimal timeout prevent it.
timeout = self.timeout or 0.5
# self.socket appears to lose its blocking status after
# we fork in the arbiter. Reset it here.
for s in self.sockets:
s.setblocking(0)
if len(self.sockets) > 1: # 如果指定了监听的地址，这里只会有一个，但是如果指定的是类似于0.0.0.0:8888的会监听主机上所有网卡的特定端口，会有多个socket
self.run_for_multiple(timeout)
else:
self.run_for_one(timeout)
......这个方法里面比较简单，只是通过需要监听的sockets数量来开启不同的监听。如果指定了监听的地址，这里只会有一个，但是如果指定的是类似于0.0.0.0:8888的会监听主机上所有网卡的特定端口，会有多个socket，则需要监听多个socket,同时通过调用操作系统提供的接口获取请求信息并进行处理，在这里保证了同一个收到的请求数据只会被一个worker获取并处理
python
class SyncWorker(base.Worker):
def accept(self, listener):
client, addr = listener.accept() # 获取客户端连接的文件描述符，以及客户端地址
client.setblocking(1)
util.close_on_exec(client)
self.handle(listener, client, addr)
......
def handle(self, listener, client, addr):
req = None
try:
if self.cfg.is_ssl:
client = ssl.wrap_socket(client, server_side=True,
**self.cfg.ssl_options)
parser = http.RequestParser(self.cfg, client, addr) # 指定请求解析类
req = next(parser) # 通过调用指定的解析类的mesg_class属性的Request类来进行请求解析
self.handle_request(listener, req, client, addr) # 开始处理请求
except http.errors.NoMoreData as e:
self.log.debug("Ignored premature client disconnection. %s", e)
except StopIteration as e:
self.log.debug("Closing connection. %s", e)
except ssl.SSLError as e:
if e.args[0] == ssl.SSL_ERROR_EOF:
self.log.debug("ssl connection closed")
client.close()
else:
self.log.debug("Error processing SSL request.")
self.handle_error(req, client, addr, e)
except EnvironmentError as e:
if e.errno not in (errno.EPIPE, errno.ECONNRESET, errno.ENOTCONN):
self.log.exception("Socket error processing request.")
else:
if e.errno == errno.ECONNRESET:
self.log.debug("Ignoring connection reset")
elif e.errno == errno.ENOTCONN:
self.log.debug("Ignoring socket not connected")
else:
self.log.debug("Ignoring EPIPE")
except Exception as e:
self.handle_error(req, client, addr, e)
finally:
util.close(client)在这里做了以下几个步骤获取到请求信息，并开始处理请求的
- 获取客户端连接的文件描述符，以及客户端地址
- 指定请求解析类
- 通过调用指定的解析类的mesg_class属性的Request类来进行请求解析
- 开始处理请求
到这里便已经完成了请求数据的读取以及解析为python中的对象，接下来便是请求的处理
python
class SyncWorker(base.Worker):
......
def handle_request(self, listener, req, client, addr):
environ = {}
resp = None
try:
self.cfg.pre_request(self, req) # 执行自定义的开始处理请求前的操作，比如打印日志，添加记录或者给请求添加某个属性等
request_start = datetime.now()
resp, environ = wsgi.create(req, client, addr,
listener.getsockname(), self.cfg)
# Force the connection closed until someone shows
# a buffering proxy that supports Keep-Alive to
# the backend.
resp.force_close()
self.nr += 1
if self.nr >= self.max_requests:
self.log.info("Autorestarting worker after current request.")
self.alive = False
respiter = self.wsgi(environ, resp.start_response) # 这里便是前面提到的Flask应用的实例，通过调用这个实例的__call__方法处理请求
try:
if isinstance(respiter, environ['wsgi.file_wrapper']):
resp.write_file(respiter)
else:
for item in respiter:
resp.write(item)
resp.close()
request_time = datetime.now() - request_start
self.log.access(resp, req, environ, request_time)
finally:
if hasattr(respiter, "close"):
respiter.close()
except EnvironmentError:
# pass to next try-except level
util.reraise(*sys.exc_info())
except Exception:
if resp and resp.headers_sent:
# If the requests have already been sent, we should close the
# connection to indicate the error.
self.log.exception("Error handling request")
try:
client.shutdown(socket.SHUT_RDWR)
client.close()
except EnvironmentError:
pass
raise StopIteration()
raise
finally:
try:
self.cfg.post_request(self, req, environ, resp) # 执行自定义的请求结束后的操作，可以是删除某个属性、回收某个资源等操作
except Exception:
self.log.exception("Exception in post_request hook")这个方法里面主要是先执行请求开始前的钩子函数，以及调用Flask应用的__call__方法处理请求。过程和之前的文章一样，这里就不在赘述，之后请求处理完成后调用请求后的钩子函数，到这里就了解完了gunicorn是如何启动Flask项目，以及是如何监听请求，又是如何分发请求的