介紹 Uvicorn：高效能 ASGI 伺服器

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更新日期： 2025 年 2 月 13 日

本文為 AI 描述優化 api 設計系列文，第 4 篇：

建議閱讀本文前，先具備聊天機器人-建議回復相關系列文的概念。

在 Python Web 開發的領域，傳統的 WSGI（Web Server Gateway Interface）伺服器：如 Gunicorn 和 uWSGI 已經被廣泛應用。

然而，隨著異步編程（Asynchronous Programming）的興起，ASGI（Asynchronous Server Gateway Interface）成為了一種更靈活、更高效的標準。

而 Uvicorn 就是其中最受歡迎的 ASGI 伺服器之一。

Uvicorn 以其高效能、輕量級、基於 UVLoop 和 httptools 的架構受到許多開發者青睞，特別適合搭配 FastAPI 或 Starlette 等現代 Web 框架。

本篇文章將深入探討 Uvicorn 的特色、優勢，以及如何在專案中使用它。

什麼是 Uvicorn？

Uvicorn 是一款高效能的 Web 伺服器，專門用來執行基於 ASGI（Asynchronous Server Gateway Interface） 架構的應用程式。

它使用 Python 編寫，並運用兩個強大的技術：UVLoop 和 httptools，來確保網頁應用程式的運行速度極快。

在傳統的 Web 伺服器架構中，Django、Flask 等框架通常使用 WSGI（Web Server Gateway Interface） 來處理 HTTP 請求。

然而，WSGI 是一種「同步」（synchronous）架構，這意味著它一次只能處理一個請求，必須等當前的請求處理完成後才能繼續處理下一個請求。

這在高併發（大量用戶同時訪問）時，可能會導致延遲或效能問題。

ASGI 是 WSGI 的進化版本，支援「非同步」（asynchronous）處理，允許 Web 應用程式同時處理多個請求，並且支援 WebSockets、HTTP/2、長連線 等現代技術。

Uvicorn 作為 ASGI 伺服器，能夠幫助開發者建構更快速、更具擴展性的 Web 應用。

Uvicorn 的核心技術解析

Uvicorn 能夠如此快速的原因，在於它使用了兩個關鍵技術：

UVLoop（極速事件迴圈）

UVLoop 是一個高效能的「事件迴圈」（event loop），它建立在 libuv 之上。

libuv 是一個 C 語言編寫的高效能函式庫，被廣泛應用於 Node.js，負責非同步 I/O 處理。

在 Python 的標準異步處理庫 asyncio 中，內建的事件迴圈雖然功能完整，但效能相對較低。

而 UVLoop 能讓 Python 的 asyncio 運行速度提升 2 倍以上，大幅提高伺服器處理請求的效率。

簡單來說，UVLoop 能讓 Uvicorn 比傳統的同步伺服器 更快、更流暢地處理大量請求，特別適合高併發的應用場景，例如 API 服務、即時聊天應用等。

httptools（高效 HTTP 解析器）

httptools 是一個快速的 HTTP 解析器（HTTP parser），基於 llhttp，這是一個用 C 語言編寫的高效能函式庫，被 Node.js 用來解析 HTTP 請求。

當用戶透過瀏覽器或 API 客戶端發送 HTTP 請求時，伺服器需要解析這些請求，才能回應適當的內容。

httptools 讓 Uvicorn 在這個過程中更快、更有效地處理請求，減少延遲，提高伺服器的整體效能。

ASGI 支援（異步架構的基礎）

Uvicorn 完全支援 ASGI 3.0 標準，這讓它能夠運行各種基於 ASGI 的 Web 框架，例如：

FastAPI（現代化的高效能 API 框架）
Django Channels（讓 Django 支援 WebSockets 和即時通訊）
Starlette（輕量級的 ASGI Web 框架，適合構建 API 服務）

由於 ASGI 支援非同步處理，這意味著 Uvicorn 伺服器能夠同時處理多個請求，不會因為單一請求而阻塞其他請求，這對於高併發應用來說非常重要。

為什麼選擇 Uvicorn？

高效能（極速處理請求）

Uvicorn 採用了「非同步」（async）架構，加上 UVLoop 和 httptools 的支援，使它能夠比傳統的同步 WSGI 伺服器更快地處理請求。

這對於需要處理大量 API 請求的應用來說，是一個極大的優勢。

例如，傳統的 Flask + Gunicorn 伺服器在高流量時，可能會因為同步架構而變慢，而 Uvicorn 搭配 FastAPI 則可以流暢地處理數千個並發請求。

原生支援 ASGI（更靈活的應用場景）

與傳統的 WSGI 伺服器不同，ASGI 允許 Web 應用程式使用 WebSockets、HTTP/2 和長輪詢（Long Polling）等技術，這讓開發者可以建構更豐富的應用，例如：

即時聊天應用（透過 WebSockets 即時傳遞訊息）
即時通知系統（例如即時推播或即時數據更新）
串流服務（如影音串流或直播數據）

如果你正在開發這類應用，Uvicorn 是一個非常適合的選擇。

輕量且易於部署（安裝簡單、依賴少）

Uvicorn 只有少量的核心依賴，這使它比其他 Web 伺服器（如 uWSGI）更輕量。

Uvicorn 也能輕鬆與 Docker、Kubernetes 等容器技術整合，讓開發者可以快速部署應用到雲端或分散式系統中。

例如，在 Docker 環境中，你只需要幾行命令就能啟動一個 Uvicorn 應用：

uvicorn app:app --host 0.0.0.0 --port 8000

這對於需要快速部署的開發團隊來說，是一個很大的優勢。

內建熱重載（reload）與多工作者模式（workers）

Uvicorn 提供了開發者友好的功能，例如：

✅ 熱重載（reload）
在開發階段，使用 --reload 參數，當程式碼變更時，Uvicorn 會自動重新啟動伺服器，無需手動重啟，提高開發效率。

uvicorn app:app --reload

✅ 多工作者模式（workers）
在正式環境中，可以使用 --workers 參數，根據伺服器的 CPU 核心數，啟動多個工作者進程，提升效能。

uvicorn app:app --workers 4

這樣可以讓 Uvicorn 在多核 CPU 的伺服器上發揮更好的效能，適用於高流量的 Web 應用。

如何使用 Uvicorn？

安裝 Uvicorn

可以使用 pip 安裝 Uvicorn：

pip install uvicorn

若要獲得更高效能，建議安裝完整版本（包含 uvloop 和 httptools）：

pip install uvicorn[standard]

建立簡單的 ASGI 應用

以下是一個最簡單的 ASGI 應用：

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,
    })

儲存為 app.py，然後使用 Uvicorn 啟動：

uvicorn app:app --host 0.0.0.0 --port 8000

這樣就能透過 http://localhost:8000 訪問這個簡單的 ASGI 應用。

搭配 FastAPI 使用

Uvicorn 與 FastAPI 是完美的組合，以下是一個 FastAPI 應用範例：

from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()

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

使用 Uvicorn 啟動 FastAPI 應用：

uvicorn main:app --reload

這樣就能啟動一個具備 API 能力的 FastAPI 應用，並透過 http://127.0.0.1:8000 存取。

進階設定與部署 Uvicorn

使用多工作者模式（Workers）

在生產環境中，Uvicorn 可以透過 --workers 參數開啟多個進程，提高效能。例如：

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

這將根據可用 CPU 核心數啟動 4 個工作者進程。

反向代理搭配 Nginx

Uvicorn 通常搭配 Nginx 或 Caddy 作為反向代理，提升安全性與效能。以下是一個基本的 Nginx 設定：

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_pass http://127.0.0.1:8000;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}

這樣可以讓 Nginx 處理靜態檔案與 SSL，而 Uvicorn 專注於處理應用邏輯。

Docker 化 Uvicorn 應用

可以使用 Docker 部署 Uvicorn 應用，建立 Dockerfile：

FROM python:3.10

WORKDIR /app
COPY requirements.txt .
RUN pip install -r requirements.txt

COPY . .
CMD ["uvicorn", "app:app", "--host", "0.0.0.0", "--port", "8000"]

然後構建與運行容器：

docker build -t my-uvicorn-app .
docker run -d -p 8000:8000 my-uvicorn-app

這樣就能在 Docker 環境中執行 Uvicorn 伺服器。

結論

Uvicorn 是 Python 界最強大的 ASGI 伺服器之一，憑藉其輕量、高效能的特點，已成為現代 Web 開發不可或缺的工具。

它不僅能夠提升 API 伺服器的處理能力，還能與 FastAPI、Starlette、Django Channels 等框架無縫整合。

如果你的專案需要高併發、低延遲的 API 服務，那麼 Uvicorn 絕對是最佳選擇之一！

介紹 Uvicorn：高效能 ASGI 伺服器

什麼是 Uvicorn？

Uvicorn 的核心技術解析

UVLoop（極速事件迴圈）

httptools（高效 HTTP 解析器）

ASGI 支援（異步架構的基礎）

為什麼選擇 Uvicorn？

高效能（極速處理請求）

原生支援 ASGI（更靈活的應用場景）

輕量且易於部署（安裝簡單、依賴少）

內建熱重載（reload）與多工作者模式（workers）

如何使用 Uvicorn？

安裝 Uvicorn

建立簡單的 ASGI 應用

搭配 FastAPI 使用

進階設定與部署 Uvicorn

使用多工作者模式（Workers）

反向代理搭配 Nginx

Docker 化 Uvicorn 應用

結論

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UVLoop（極速事件迴圈）

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高效能（極速處理請求）

原生支援 ASGI（更靈活的應用場景）

輕量且易於部署（安裝簡單、依賴少）

內建熱重載（reload）與多工作者模式（workers）

如何使用 Uvicorn？

安裝 Uvicorn

建立簡單的 ASGI 應用

搭配 FastAPI 使用

進階設定與部署 Uvicorn

使用多工作者模式（Workers）

反向代理搭配 Nginx

Docker 化 Uvicorn 應用

結論

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