flask 源码专题（三）：请求上下文和应用上下文入栈与出栈

1.请求上下文和应用上下文入栈

# 将ctx入栈，但是内部也将应用上下文入栈
 ctx.push()

def push(self):
    # 获取到的  top  == ctx
    top = _request_ctx_stack.top
    if top is not None and top.preserved:
        top.pop(top._preserved_exc)

    # Before we push the request context we have to ensure that there
    # is an application context.
    """
        _request_ctx_stack 和 _app_ctx_stack 都是 Local 类的实例
    """
    # 获取 应用上下文的栈顶元素，得到 app_ctx
    app_ctx = _app_ctx_stack.top
    if app_ctx is None or app_ctx.app != self.app:
        # self.app == Fask()
        # 得到 一个 AppContext类的实例对象，得到一个 应用上下文对象 app_ctx，此时 app_ctx拥有以下属性: app_ctx.app = app, app_ctx.g = app.app_ctx_globals_class()
        app_ctx = self.app.app_context()
        # 将 app_ctx 入栈,应用上下文入栈
        app_ctx.push()
        self._implicit_app_ctx_stack.append(app_ctx)
    else:
        self._implicit_app_ctx_stack.append(None)

    if hasattr(sys, 'exc_clear'):
        sys.exc_clear()

    # self 指的是 ctx，即将ctx入栈，即 _request_ctx_stack._local.stack = [ctx]。请求上下文入栈
    _request_ctx_stack.push(self)
    # 由于每次请求都会初始化创建你ctx，因此session都为None
    if self.session is None:
        # SecureCookieSessionInterface()
        # session_interface = SecureCookieSessionInterface(),即session_interface就是一个SecureCookieSessionInterface类的实例对象
        session_interface = self.app.session_interface
        # 第一次访问：生成一个 字典(容器) 返回至 self.session
        self.session = session_interface.open_session(
            self.app, self.request
        )
        if self.session is None:
            self.session = session_interface.make_null_session(self.app)

首先，应用上下文入栈，这里不多做解释说明，其执行流程与请求上下文相同，请参考下文对与请求上下文的入栈流程分析。

到_app_ctx_stack这个栈中取最后一个数据，如果未取到或者取到的不是当前的app，就调用app.app_context()方法，就是新实例一个上下文app_ctx对象，再执行app_ctx.push()方法     （在这再次强调，因为app_ctx是AppContext对象，就要先去AppContext类中找push方法），

class AppContext(object):
　　 def push(self):
        _app_ctx_stack.push(self)     #把新创建的app_ctx上下文app对象添加到了_app_ctx_stack这个栈中
        appcontext_pushed.send(self.app)   #在这里遇到了第一个信号，请求app上下文push时执行

其次，请求上下文入栈。执行 _request_ctx_stack.push(self) ，我们先看看 _request_ctx_stack 是什么。由 _request_ctx_stack = LocalStack()

可知 _request_ctx_stack 是 LocalStack 类实例对象，进入 LocalStack 的构造方法中

    def __init__(self):
        self._local = Local()

即在类实例化过程中，为 _request_ctx_stack 实例对象创建    _local 属性，该属性的值是  Local 类实例，进入其构造方法中，在该方法中为每一个 Local 类实例创建  __storage__  和  __ident_func__ 属性：

class Local(object):
    __slots__ = ('__storage__', '__ident_func__')

    def __init__(self):
        object.__setattr__(self, '__storage__', {})
        object.__setattr__(self, '__ident_func__', get_ident)

至此，完成了对  _request_ctx_stack 实例对象创建的流程分析，但是需要注意的是，该实例对象并不是在每次请求之后才创建完成的，而是在flask项目启动之后就会被立即创建，该对象对于每次的请求都会调用该对象的push方法进行请求上下文的入栈，也就是说 _request_ctx_stack  是一个单例对象，该单例对象可以在任何的地方被调用，其他的单例对象还有：

"""
    注意：
        在项目启动之后，global里的代码就已经执行完毕，而且也只会执行一次，因此这里面的变量是针对所有请求所使用的，但是根据不同线程id用来存放各自的值
"""
#  生成 请求上下文栈对象，将请求上下文对象 ctx 保存到 _request_ctx_stack._local.stack = [ctx]中
_request_ctx_stack = LocalStack()
# 生成应用上下文栈对象，将应用上下文对象 app_ctx 保存到  _app_ctx_stack._local.stack = [app_ctx]中
_app_ctx_stack = LocalStack()

# current_app.__local = app
current_app = LocalProxy(_find_app)
# 获取ctx.request
request = LocalProxy(partial(_lookup_req_object, 'request'))
# 获取 ctx.session
session = LocalProxy(partial(_lookup_req_object, 'session'))
# 维护此次请求的一个全局变量，其实就是一个字典
g = LocalProxy(partial(_lookup_app_object, 'g'))

对于以上的单例对象，在项目启动之后被创建，在项目停止后被销毁，与请求是否进来无任何关系。现在我们知道了 _request_ctx_stack 的创建流程，我们返回之前对请求上下文的入栈操作 _request_ctx_stack.push(self) （self指的是ctx），进入push方法：

def push(self, obj):
    # obj == ctx
    """Pushes a new item to the stack"""
    rv = getattr(self._local, 'stack', None)
    if rv is None:
        self._local.stack = rv = []
    rv.append(obj)
    return rv

在上述流程中，首先使用反射获取  _request_ctx_stack._local.stack 的值，也就是获取请求栈的值。项目刚启动，在第一次请求进来之前，请求栈的为空，则代码继续向下执行将当前请求的ctx追加至请求栈中，并且返回请求栈的值。这里着重说一下入栈之前的流程和入栈之后的数据结构：执行 self._local.stack = rv = [] ，会调用 Local 类的 __setattr__ 方法

def __setattr__(self, name, value):
        ident = self.__ident_func__()
        storage = self.__storage__
        try:
            storage[ident][name] = valueexcept KeyError:
            storage[ident] = {name: value}

self.__ident_func__() 为获取当前此次请求的协程id或者线程id， self.__storage__ 为一个字典对象，在项目启动后的第一个请求进来之后会发生 storage[ident][name] = value 的异常错误，抛出异常被下面捕获，因此执行 storage[ident] = {name: value} (以此次协程id或线程id为key，该key的value为一个字典，在字典中存储一个键值对"stack":[ctx]),即此数据结构为：

_request_ctx_stack._local.stack={
        线程id或协程id: {
            'stack': [ctx]
        }
}  

同时， self._local.stack = [ctx]。至此，完成请求上下文的入栈操作，应用上下文与请求上下文的入栈流程相同，这里不在赘述。至此完成了请求入栈的操作，我们需要知道在上述过程中使用到的四个类： RequestContext (请求上下文类，实例对象ctx中包含了request，Session两个属性)、

Request (对请求的元信息environ进行封装)、 LocalStack (使用该类实例对象 _request_ctx_stack ,维护请求上下文对象ctx的入栈和出栈操作，相当于请求上下文对象的管理者)、 Local (堆栈类，真正存放请求上下文的类)，如果你还是对着几个类关系还是不明白，请看我为你准备的图：

2. ctx.auto_pop(error) 函数，完成对请求上下文和应用上下文的出栈操作：

# 出栈，删除本次请求的相关信息
ctx.auto_pop(error)

def auto_pop(self, exc):
    if self.request.environ.get('flask._preserve_context') or \
       (exc is not None and self.app.preserve_context_on_exception):
        self.preserved = True
        self._preserved_exc = exc
    else:
        self.pop(exc)

def pop(self, exc=_sentinel):
    """Pops the request context and unbinds it by doing that.  This will
    also trigger the execution of functions registered by the
    :meth:`~flask.Flask.teardown_request` decorator.

    .. versionchanged:: 0.9
       Added the `exc` argument.
    """
    app_ctx = self._implicit_app_ctx_stack.pop()

    try:
        clear_request = False
        if not self._implicit_app_ctx_stack:
            self.preserved = False
            self._preserved_exc = None
            if exc is _sentinel:
                exc = sys.exc_info()[1]
            self.app.do_teardown_request(exc)

            # If this interpreter supports clearing the exception information
            # we do that now.  This will only go into effect on Python 2.x,
            # on 3.x it disappears automatically at the end of the exception
            # stack.
            if hasattr(sys, 'exc_clear'):
                sys.exc_clear()

            request_close = getattr(self.request, 'close', None)
            if request_close is not None:
                request_close()
            clear_request = True
    finally:
        # 请求上下文出栈
        rv = _request_ctx_stack.pop()

        # get rid of circular dependencies at the end of the request
        # so that we don't require the GC to be active.
        if clear_request:
            rv.request.environ['werkzeug.request'] = None

        # Get rid of the app as well if necessary.
        if app_ctx is not None:
            # 应用上下文出栈
            app_ctx.pop(exc)

        assert rv is self, 'Popped wrong request context.  ' \
            '(%r instead of %r)' % (rv, self)

def pop(self):
    """Removes the topmost item from the stack, will return the
    old value or `None` if the stack was already empty.
    """
    stack = getattr(self._local, 'stack', None)
    if stack is None:
        return None
    elif len(stack) == 1:
        release_local(self._local)
        return stack[-1]
    else:
        # 获取并删除列表中的第一个元素，同时返回该元素
        return stack.pop()

stack获取到的是请求栈或应用栈的列表，栈的长度为1，则进入 elif 控制语句中，首先执行  release_local(self._local) ：

def release_local(local):

    local.__release_local__()

local=self._local ，即执行 Local 类的 __release_local__ 方法，进入该方法：

def __release_local__(self):
    # 将 self.__storage__ 所维护的字典中删除当前协程或线程id为key的元素
    self.__storage__.pop(self.__ident_func__(), None)

从上面的语句中可以很明显看出，要执行的操作就是将以当前协程或线程id为key的元素从字典 self.__storage__ 中删除，返回至pop函数中的elif控制语句，最终将列表中的最后一个元素返回。注意，最终 _request_ctx_stack._local 的请求栈和应用栈列表中至少会存在一个元素。