python用作服务的库

Starlette

https://pypi.org/project/starlette/
Starlette 是一个轻量级、高性能的 ASGI（Asynchronous Server Gateway Interface） 框架，专为构建异步 Web 应用、API 和微服务设计。它以简洁的 API、异步原生支持和可扩展性著称，常与 FastAPI（基于 Starlette 构建）、Uvicorn（ASGI 服务器）等工具配合使用。

核心特性

1. 异步原生
   完全基于 Python 的 async/await 语法，支持异步请求处理、WebSocket、HTTP/2 等现代 Web 特性，性能优于传统同步框架（如 Flask）。

2. 轻量级且灵活
   核心代码简洁（约 6k 行），无强制依赖（仅需 anyio 处理异步 I/O），可按需扩展功能（如会话、认证、模板渲染）。

3. 丰富的功能支持

   • 路由系统（支持路径参数、正则匹配）
   • WebSocket 双向通信
   • HTTP/2 与服务器推送
   • 中间件（Middleware）机制
   • 测试客户端（内置 TestClient）
   • 静态文件服务
   • 请求/响应对象封装（支持表单、JSON、文件上传）

4. 高性能
   底层基于 ASGI，配合 Uvicorn 或 Hypercorn 等服务器，性能接近 Node.js 或 Go 编写的服务。

安装

pip install starlette
# 如需WebSocket或表单处理，需安装额外依赖
pip install starlette[full]

快速入门示例

from starlette.applications import Starlette
from starlette.responses import JSONResponse
from starlette.routing import Route

async def homepage(request):
    return JSONResponse({"message": "Hello, Starlette!"})

async def user_profile(request):
    username = request.path_params["username"]
    return JSONResponse({"username": username})

app = Starlette(
    routes=[
        Route("/", homepage),
        Route("/user/{username}", user_profile),
    ]
)

运行服务（需安装 Uvicorn）：

uvicorn main:app --reload

典型应用场景

• 构建高性能异步 API
• WebSocket 实时应用（如聊天、通知）
• 微服务架构中的轻量级服务
• 与 FastAPI 结合（FastAPI 复用了 Starlette 的核心功能，并增加了自动文档、数据验证等）

与其他框架的对比

• Flask/Django：Starlette 是异步原生的，更适合 I/O 密集型场景（如数据库查询、外部 API 调用）。
• FastAPI：FastAPI 基于 Starlette，专注于 API 开发（自动生成 OpenAPI 文档、Pydantic 数据验证），而 Starlette 更通用。
• Sanic：Starlette 更轻量，生态更简洁，Sanic 则提供更多内置功能。

扩展生态

Starlette 可通过第三方库扩展：

• jinja2：模板渲染
• python-multipart：表单处理
• itsdangerous：会话管理
• httpx：异步 HTTP 客户端

总之，Starlette 是构建现代异步 Web 应用的高效选择，尤其适合需要高性能和灵活性的场景。

contextlib

contextlib 是 Python 标准库中的模块，专为上下文管理器（Context Manager）设计，提供了简洁、灵活的方式来创建和使用上下文管理器，常用于资源管理（如文件、网络连接、锁）、异常处理、临时环境设置等场景。

上下文管理器的核心是实现 __enter__() 和 __exit__() 方法，而 contextlib 通过装饰器、工具函数等简化了这一过程，无需手动定义类。

核心功能与常用工具

1. @contextmanager 装饰器

最常用的工具，可将生成器函数直接转换为上下文管理器，无需编写完整的类。

• 生成器中 yield 之前的代码相当于 __enter__() 方法（进入上下文时执行）；
• yield 之后的代码相当于 __exit__() 方法（退出上下文时执行，即使发生异常也会执行）。

示例：自定义文件读取上下文管理器

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def open_file(file_path, mode='r'):
    # __enter__ 逻辑
    f = open(file_path, mode)
    try:
        yield f  # 返回资源给 with 语句
    finally:
        # __exit__ 逻辑（确保资源释放）
        f.close()

# 使用
with open_file('test.txt') as f:
    print(f.read())

2. closing() 函数

用于包装实现了 close() 方法的对象，使其成为上下文管理器，退出时自动调用 close()。
适用于没有原生支持上下文管理的资源（如网络连接、数据库连接）。

示例：关闭网络连接

from contextlib import closing
import urllib.request

with closing(urllib.request.urlopen('https://www.python.org')) as page:
    for line in page:
        print(line)
# 自动调用 page.close()

3. suppress() 函数

用于忽略指定的异常，避免手动编写 try-except 块。
进入上下文时若发生指定异常，会直接忽略并继续执行后续代码。

示例：忽略文件不存在异常

from contextlib import suppress

# 忽略 FileNotFoundError，不会报错
with suppress(FileNotFoundError):
    with open('nonexistent.txt') as f:
        print(f.read())

print("继续执行...")

4. redirect_stdout() / redirect_stderr()

用于重定向标准输出/标准错误到指定文件或对象，常用于日志记录、测试输出捕获。

示例：重定向打印输出到文件

from contextlib import redirect_stdout

with open('output.txt', 'w') as f:
    with redirect_stdout(f):
        print("Hello, contextlib!")  # 输出写入 output.txt

5. ExitStack 类

用于动态管理多个上下文管理器，适合上下文数量不确定的场景（如同时打开多个文件）。
通过 enter_context() 逐个添加上下文，退出时自动逆序关闭所有资源。

示例：动态打开多个文件

from contextlib import ExitStack

files = ['a.txt', 'b.txt', 'c.txt']
with ExitStack() as stack:
    # 逐个添加文件上下文，自动管理
    f_handles = [stack.enter_context(open(f, 'w')) for f in files]
    for f in f_handles:
        f.write('Hello!')
# 所有文件自动关闭

应用场景

• 资源管理：文件、网络连接、数据库连接的自动关闭；
• 异常处理：简化 try-except 逻辑，忽略特定异常；
• 环境临时修改：如临时重定向输出、修改系统配置；
• 动态上下文管理：处理数量不确定的上下文资源。

总结

contextlib 大幅简化了上下文管理器的创建和使用，避免了重复的 try-finally 代码，让资源管理更简洁、优雅。无论是自定义上下文，还是复用现有对象，它都是 Python 中处理“进入-退出”逻辑的首选工具。

uvicorn

Uvicorn 是一个高性能的 ASGI（Asynchronous Server Gateway Interface）服务器，专为运行异步 Python Web 应用设计，是 Starlette、FastAPI、Quart 等异步框架的首选服务器。它基于 uvloop（高性能事件循环）和 httptools（HTTP 解析工具）构建，性能接近 Node.js 或 Go 编写的服务器。

核心特性

1. 异步原生支持
   完全兼容 ASGI 3 规范，支持异步请求处理、WebSocket、HTTP/1.1、HTTP/2 以及服务器推送（Server Push）。

2. 高性能

   • 使用 uvloop 替代 Python 标准库的 asyncio 事件循环（性能提升约 2-4 倍）；
   • 基于 httptools 实现快速 HTTP 解析，处理请求的效率极高。

3. 易用性
   命令行启动简单，支持热重载（开发模式）、配置文件、SSL/TLS 等功能。

4. 兼容性
   可作为 Gunicorn 的 worker 运行（多进程 + 异步），也可单独作为单进程服务器使用。

安装

# 基础安装
pip install uvicorn

# 完整安装（包含 uvloop 和 httptools，提升性能）
pip install uvicorn[standard]

快速使用

1. 运行简单的 ASGI 应用

创建一个简单的 ASGI 应用（app.py）：

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

启动服务器：

uvicorn app:app --reload  # --reload 开发模式，代码修改自动重启

访问 http://127.0.0.1:8000，即可看到响应。

2. 运行 Starlette/FastAPI 应用

以 FastAPI 为例（main.py）：

from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()

@app.get("/")
async def root():
    return {"message": "Hello, FastAPI + Uvicorn!"}

启动服务器：

uvicorn main:app --host 0.0.0.0 --port 8000 --workers 4

• --host 0.0.0.0：允许外部访问；
• --port 8000：指定端口；
• --workers 4：启动 4 个 worker 进程（多核利用）。

常用命令行参数

参数	作用
--reload	开发模式，文件修改自动重启
--host	绑定主机地址（默认 127.0.0.1）
--port	绑定端口（默认 8000）
--workers	启动的 worker 进程数（推荐设置为 CPU 核心数）
--ssl-keyfile	SSL 私钥文件路径（启用 HTTPS）
--ssl-certfile	SSL 证书文件路径（启用 HTTPS）
--log-level	日志级别（debug/info/warning/error）

生产环境部署

生产环境中，通常结合 Gunicorn（进程管理器）和 Uvicorn（worker）使用，兼顾多进程和异步性能：

# 安装 Gunicorn
pip install gunicorn

# 启动：Gunicorn 作为主进程，Uvicorn 作为 worker
gunicorn main:app --workers 4 --worker-class uvicorn.workers.UvicornWorker --bind 0.0.0.0:8000

与其他服务器的对比

• Gunicorn：WSGI 服务器，不支持异步；可搭配 Uvicorn worker 实现异步支持。
• Hypercorn：另一个 ASGI 服务器，支持 HTTP/3，功能与 Uvicorn 类似，但性能稍弱。
• Daphne：由 Django 团队开发的 ASGI 服务器，兼容性好，但性能低于 Uvicorn。

总结

Uvicorn 是异步 Python Web 应用的高性能服务器，兼具易用性和扩展性，是 Starlette、FastAPI 等框架的标配。开发时用 --reload 提升效率，生产环境结合 Gunicorn 实现多进程部署，可充分发挥异步应用的性能优势。