Python uvicorn库：一款高性能的ASGI服务器

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在构建现代Web应用程序时，性能和并发能力是重要的考量因素。传统的WSGI服务器已无法满足异步Web框架的需求，而ASGI（Asynchronous Server Gateway Interface）成为新一代Web服务器接口的标准。Uvicorn 是一个快速、轻量级的ASGI服务器，支持异步Web框架（如FastAPI和Starlette）以及HTTP/2和WebSocket。Uvicorn 基于 uvloop 和 httptools 构建，具有高性能、易用性和灵活性的特点。

安装

要开始使用 Uvicorn，首先需要安装它。

可以通过 pip 安装：

pip install uvicorn

为了获得最佳性能，可以安装带Cython优化的版本：

pip install "uvicorn[standard]"

安装完成后，可以通过以下命令验证安装是否成功：

uvicorn –version

主要功能

• 支持ASGI协议：完全兼容ASGI标准，可以运行异步和同步的Web应用。

• 高性能：基于 uvloop 和 httptools，支持高吞吐量和低延迟。

• 支持HTTP/2和WebSocket：满足现代Web应用的实时通信需求。

• 热重载：开发模式下支持代码热重载，提升开发效率。

• 灵活的配置：通过命令行参数或Python代码自定义运行选项。

这些功能使 Uvicorn 成为构建高性能Web应用的理想选择。

基础用法

运行简单的ASGI应用

以下是一个最简单的ASGI应用示例：

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

使用 Uvicorn 运行该应用：

uvicorn app:app –host 127.0.0.1 –port 8000

打开浏览器访问 http://127.0.0.1:8000，将显示 “Hello, Uvicorn!”。

集成异步Web框架

Uvicorn 常与异步Web框架（如FastAPI）一起使用。

以下是一个集成FastAPI的示例：

from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()

@app.get("/")
async def read_root():
    return {"message": "Welcome to Uvicorn with FastAPI!"}

运行该应用：

uvicorn main:app –reload

–reload 参数启用代码热重载功能，每次修改代码后服务器将自动重启。

自定义运行参数

Uvicorn 支持通过命令行或Python代码自定义运行参数。

例如，可以启用HTTP/2支持或设置工作线程数：

uvicorn main:app –host 0.0.0.0 –port 8080 –http h11 –workers 4

也可以通过Python脚本运行：

import uvicorn

if __name__ == "__main__":
    uvicorn.run("main:app", host="0.0.0.0", port=8080, workers=4)

进阶用法

日志配置

Uvicorn 提供了灵活的日志配置选项，可以通过 –log-level 参数设置日志级别：

uvicorn main:app –log-level debug

如果需要自定义日志格式，可以在Python脚本中配置：

import logging
import uvicorn

if __name__ == "__main__":
    logging.basicConfig(level=logging.INFO, format="%(asctime)s – %(message)s")
    uvicorn.run("main:app", log_level="info")

启用SSL支持

Uvicorn 支持HTTPS，通过指定SSL证书和私钥即可启用：

uvicorn main:app –ssl-keyfile key.pem –ssl-certfile cert.pem

这在需要保护敏感数据的场景中非常有用。

使用自定义中间件

Uvicorn 支持自定义中间件来扩展ASGI应用的功能。

例如，可以创建一个简单的日志中间件：

class LogMiddleware:
    def __init__(self, app):
        self.app = app

    async def __call__(self, scope, receive, send):
        print(f"New request: {scope['path']}")
        await self.app(scope, receive, send)

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

app = LogMiddleware(app)

运行上述代码后，服务器将记录每个请求的路径。

多进程模式

在高并发场景下，可以通过 –workers 参数启用多进程模式，以提升性能：

uvicorn main:app –workers 4

每个进程将独立处理请求，有助于充分利用多核CPU。

实际应用

构建实时聊天应用

以下是一个简单的WebSocket聊天应用：

from fastapi import FastAPI, WebSocket

app = FastAPI()

@app.websocket("/chat")
async def chat(websocket: WebSocket):
    await websocket.accept()
    while True:
        data = await websocket.receive_text()
        await websocket.send_text(f"Message received: {data}")

运行该应用并使用WebSocket客户端测试，即可实现实时消息交互。

开发高性能API服务

通过 Uvicorn 和 FastAPI，可以快速构建一个高性能的RESTful API：

from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()

@app.get("/items/{item_id}")
async def read_item(item_id: int, q: str = None):
    return {"item_id": item_id, "q": q}

运行后可以通过 curl 或其他工具测试：

curl "http://127.0.0.1:8000/items/42?q=test"

返回结果：

{
  "item_id": 42,
  "q": "test"
}

部署机器学习模型

Uvicorn 常用于部署机器学习模型。

以下示例展示了如何将一个预训练的模型暴露为API：

from fastapi import FastAPI
import joblib

app = FastAPI()
model = joblib.load("model.pkl")

@app.post("/predict")
async def predict(features: dict):
    prediction = model.predict([list(features.values())])
    return {"prediction": prediction[0]}

通过 Uvicorn 运行该服务，即可将机器学习模型集成到应用中。

总结

Uvicorn 是一个高性能的ASGI服务器，专为支持现代异步Web框架而设计，如FastAPI和Starlette。它基于 uvloop 和 httptools，具有快速响应、高并发处理能力以及对HTTP/2和WebSocket的原生支持。作为轻量级服务器，Uvicorn 提供了灵活的配置选项，包括多进程模式、SSL支持和自定义日志配置等，同时支持代码热重载，大大提高了开发效率。

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