Cloudflare Workers in Pythonで​サーバーレスアプリケーションを​作ろう

• Ryuji Tsutsui@ryu22e

• さくらインターネット株式会社所属

• Python歴は​13年くらい​（主に​Django）

• Python Boot Camp、​Shonan.py、​GCPUG Shonanなど​コミュニティ活動も​しています

• 著書​（共著）​：『Python実践レシピ』

• Cloudflare Workersで​Pythonが​使えるようになった​話

• デモを​交えて​実際に​動かしてみる

• 中の​仕組みに​ついても​解説

• Pythonの​基礎的な​文法が​わかる​人

• Cloudflare Workersの​概要が​わかる

• Cloudflare Workersで​Pythonを​使う上で​必要な​設定、​仕様の​クセが​わかる

• Cloudflare Workersで​Pythonが​動く​仕組みを​知る​ことで、​仕様の​クセが​ある​理由を​理解できる

• Cloudflare Workersとは

• Cloudflare Workersで​Pythonを​使う方​法

• Cloudflare Workersで​Pythonが​動く​仕組み

• しばらく​実行されていない​関数を​実行しなければならない​状況を​コールドスタートと​いう

• Cloudflare Workersは​コールドスタートが​排除されている​ため、​高速な​レスポンスが​期待できる

• 無料枠が​ある

• JavaScriptを​高速に​実行する​ための​チューニングが​されている

• JavaScript​（TypeScript）

• WebAssembly​（WASM）の​バイナリに​ビルドできる​言語​（Rust、​C、​C++、​Kotlin、​Goなど）

• Python←NEW!

• Node.js 16.17.0以上

• npx

% git clone https://github.com/cloudflare/python-workers-examples.git
% cd python-workers-examples/01-hello
% npx wrangler@latest dev

% npx wrangler@latest deploy

• Cloudflare Workersの​開発者ツール

• ローカルサーバーの​立ち上げ、​デプロイ、​環境変数の​設定など、​Workersプロジェクトの​管理を​行う

1. 争う、​口論する

2. 世話を​する

• src/entry.py: アプリケーションの​ソースコード

• wrangler.toml: プロジェクトの​設定ファイル

from js import Response  # ←これは何？

async def on_fetch(request, env):
    return Response.new("Hello world!")

• Pythonから​JavaScript APIを​呼び出すための​モジュール

• 標準モジュールではなく、​Cloudflare Workersの​独自モジュール

• Headersや​fetchなども​呼べる

from js import Headers, Response, fetch, console, URL

API_URL = "https://httpbin.org"

async def on_fetch(request, env):
    # /old にアクセスされた場合は/にリダイレクト
    # JavaScriptだとnew URL(request.url)と書くが、Pythonにnew演算子はないのでこう書く
    url = URL.new(request.url)
    if url.pathname == "/old":
        return Response.redirect(url.origin, 307)

    # JSON形式でレスポンスを返すためのヘッダーを設定
    headers = Headers.new({"content-type": "application/json; charset=utf-8"}.items())

    # fetch()関数を使ってAPIサーバーにリクエストを送信
    res = await fetch(f"{API_URL}/ip")

    # レスポンスの内容をコンソールに出力
    console.log(res)

    return Response.new(res.body, headers=headers)

% git clone https://github.com/ryu22e/python-workers-examples.git
% cd python-workers-examples/js-sample
% # 設定方法はREADME.mdを参照

# Workersプロジェクト名
name = "hello-python"
# エントリーポイント
main = "src/entry.py"
# 互換性フラグ（ランタイムの特定の機能を有効化）
compatibility_flags = ["python_workers"]
# 互換性日付（ランタイムのバージョン番号のようなもの）
compatibility_date = "2024-03-29"

from js import Response

async def on_fetch(request, env):
    return Response.new(f"My name is {env.MY_NAME}.\nSECRET_KEY: {env.SECRET_KEY}")

name = "environment-variables"
main = "src/entry.py"
compatibility_flags = ["python_workers"]
compatibility_date = "2024-03-29"

# ↓ここに環境変数を書く
[vars]
MY_NAME = "Ryuji Tsutsui"

SECRET_KEY="local_value"

% npx wrangler secret put SECRET_KEY

 ⛅️ wrangler 3.78.8
-------------------

✔ Enter a secret value: … ****************
🌀 Creating the secret for the Worker "environment-variables"
✨ Success! Uploaded secret SECRET_KEY

% git clone https://github.com/ryu22e/python-workers-examples.git
% cd python-workers-examples/environment-variables
% # 設定方法はREADME.mdを参照

• SQLiteベースの​サーバーレスデータベース

• Cloudflareの​エッジ環境に​SQLiteの​リードレプリカが​配置される​ことで、​高速な​読み込みを​実現

% # データベース「bookshelf」の作成
% npx wrangler d1 create bookshelf
% # ↑出力された内容をwrangler.tomlに追記
% # テーブルの作成（ローカル）
% npx wrangler d1 execute bookshelf --local --file=./schema.sql
% # テーブルの作成（本番）
% npx wrangler d1 execute bookshelf --remote --file=./schema.sql

async def on_fetch(request, env):
    ...
    # INSERT文
    await (
        env.DB.prepare("INSERT INTO books (title, description) VALUES (?, ?)")
        .bind(title, description)
        .run()
    )
    # SELECT文
    r = await env.DB.prepare("SELECT * from books").all()
    print(r.results)
    ...

% git clone https://github.com/ryu22e/python-workers-examples.git
% cd python-workers-examples/simple-api
% # 設定方法はREADME.mdを参照

• Cloudflare Workersで​提供されている​Pythonパッケージ

• requirements.txtに​パッケージ名を​記述する​ことで​利用できる

• 予め用意された​パッケージのみ​利用​可能

fastapi

from fastapi import FastAPI

# この関数の定義は必ず必要
async def on_fetch(request, env):
    import asgi

    return await asgi.fetch(app, request, env)

# これ以降は普通のFastAPIのコード
app = FastAPI()

@app.get("/")
async def root(req: Request):
    ...

# パッケージ名の右側にバージョンを指定する
fastapi==0.112.0

• compatibility_flags: ​互換性フラグ

• compatibility_date: ​互換性日付

import micropip

# FastAPIの設定は省略

@app.get("/example")
async def example(req: Request):
    await micropip.install("beautifulsoup4==4.12.3")

    # beautifulsoup4はbuilt-in packagesにはないが
    # micropipでインストールできる
    from bs4 import BeautifulSoup
    ...

import micropip

# FastAPIの設定は省略
@app.get("/example")
async def example(req: Request):
    """micropip.install()が失敗する例"""
    # pandas==2.2.2はpure Pyhon wheelがないため、
    # micropipでインストールできずエラーになる
    # 参考: https://pyodide.org/en/stable/usage/faq.html#why-can-t-micropip-find-a-pure-python-wheel-for-a-package
    # （wheelとはPythonコードを1個のファイルにまとめたアーカイブ）
    await micropip.install("pandas==2.2.2")
    ...

% git clone https://github.com/ryu22e/python-workers-examples.git
% cd python-workers-examples/built-in-sample
% # 設定方法はREADME.mdを参照

% npx wrangler@latest deploy
(省略)
✘ [ERROR] A request to the Cloudflare API (/accounts/****/workers/scripts/built-in-sample) failed.

  You cannot yet deploy Python Workers that depend on packages defined in requirements.txt. Support
  for Python packages is coming soon. [code: 10021]

  If you think this is a bug, please open an issue at:
  https://github.com/cloudflare/workers-sdk/issues/new/choose

• Cloudflare Workersは​JavaScript(TypeScript)または​WebAssembly​（WASM）を​サポートしている

• しかし、​Pythonには​コードを​WASMに​コンパイルする​機能が​ない

• では、​なぜPythonが​動くのか？

• Pyodideとは、​CPythonの​WASM実装

• Cloudflare Workersの​ランタイムである​workerdには、​Pyodideが​組み込まれている

• Rubyの​ruby.wasm、​PHPの​php-wasmなどを​使って、​他の​言語も​動かせるのでは？

• （あくまで​私の​空想です）

• OpenSSLなどの​Cライブラリに​依存する​標準パッケージに​利用制限が​ある

• 軽量化の​ため削除されている​標準パッケージが​ある

• 一部の​Built-in packagesは​Cloudflare Workersで​動か​すために​パッチが​当てられている

• 本番環境への​デプロイが​なかなかできるようにならないのは、​この​制限が​関係しているのかも？

• workerdは、​現状では​JavaScript(TypeScript)または​WASMの​ランタイムと​して​作られている

• これに​Pythonを​加えると、​1から​実装する​ことになって​大変

• そこで、​FFI​（Foreign Function Interface）を​提供して、​Pythonから​JavaScriptの​APIを​呼べるように​した

• jsモジュールは、​Pythonでも​JavaScriptと​同等の​実装が​できるように​提供されている​次善の​策

• JavaScriptと​Pythonの​流儀の​違いが​ある​ため、​違和感を​感じる​ことがある

• request.json()で​辞書型で​扱えるのを​期待していたら​属性アクセスが​求められたりして、​混乱する

• Built-in packagesが​この​使いにくさを​緩和してくれる​ことを​期待

• Cloudflare Workersは​サーバーレスアプリケーションを​デプロイできる​プラットフォーム

• JavaScript(TypeScript)または​WASMを​サポートしているが、​Pythonも​使えるようになった

• Pythonが​動くのは、​WASM実装の​PythonインタプリタPyodideを​使っている​ため