使用FastAPI for Python构建应用程序

FastAPI是一个快速和轻量级的网络框架，用于使用Python 3.6及以上版本构建现代应用编程接口。在本教程中，我们将介绍用FastAPI构建应用程序的基础知识，你将了解到为什么它被提名为2021年最佳开源框架之一。

1. FastAPI的优势
2. 如何开始使用FastAPI
3. 用FastAPI构建你的应用程序

FastAPI的优势

下面是FastAPI框架给项目带来的一些优势。

• 速度：顾名思义，FastAPI是一个非常快的框架。它的速度可与Go和Node.js相媲美，后者被普遍认为是构建API的最快选择之一。
• 易于学习和编码：FastAPI已经想好了你制作一个生产就绪的API所需要的几乎一切。作为一个使用FastAPI的开发者，你不需要从头开始编码所有的东西。只需几行代码，你就可以拥有一个准备好部署的RESTful API。
• 全面的文档：FastAPI使用OpenAPI文档标准，因此可以动态地生成文档。该文档提供关于FastAPI的端点、响应、参数和返回代码的详细信息。
• 具有较少错误的API：FastAPI支持自定义数据验证，这使开发人员能够以更少的错误构建API。FastAPI的开发者吹嘘说，该框架导致了更少的人为错误–多达40%的错误。
• 类型提示：类型模块是在Python 3.5中引入的。这使你能够声明一个变量的type 。当一个变量的类型被声明时，IDE能够提供更好的支持，并更准确地预测错误。

如何开始使用FastAPI

要遵循本教程并开始使用FastAPI，你需要先做几件事。

确保你有一个程序员的文本编辑器/IDE，如Visual Studio Code。其他选择包括Sublime Text和Espresso。

让你的 Python 应用程序和它们的实例在虚拟环境中运行是一种常见的做法。虚拟环境允许不同的软件包集和配置同时运行，并避免因软件包版本不兼容而产生冲突。

要创建一个虚拟环境，打开你的终端并运行这个命令。

$ python3 -m venv env

你还需要激活这个虚拟环境。做到这一点的命令将取决于你所使用的操作系统和外壳。下面是一些CLI激活的例子，适用于一些环境：

# On Unix or MacOS (bash shell): 
/path/to/venv/bin/activate
# On Unix or MacOS (csh shell):
/path/to/venv/bin/activate.csh
# On Unix or MacOS (fish shell):
/path/to/venv/bin/activate.fish
# On Windows (command prompt):
\path\to\venv\Scripts\activate.bat
# On Windows (PowerShell):
\path\to\venv\Scripts\Activate.ps1

(一些认识Python的IDE也可以被配置为激活当前的虚拟环境)。

现在，安装FastAPI：

$ pip3 install fastapi

FastAPI是一个构建API的框架，但为了测试你的API，你需要一个本地的Web服务器。 Uvicorn是一个用于Python的快如闪电的异步服务器网关接口（ASGI）网络服务器，非常适合于开发。要安装Uvicorn，运行这个命令：

$ pip3 install "uvicorn[standard]"

安装成功后，在你项目的工作目录下创建一个名为main.py的文件。这个文件将是你的应用程序的入口点。

在IDE中查看一个基本的FastAPI项目

一个快速的FastAPI例子

你将通过快速设置一个示例端点来测试你的FastAPI安装。在你的main.py文件中，粘贴以下代码，然后保存该文件：

# main.py
from fastapi import FastAPI
app = FastAPI()
@app.get("/")
async def root():
return {"greeting":"Hello world"}

上面的片段创建了一个基本的FastAPI端点。下面是对每一行所做工作的总结：

• from fastapi import FastAPI: 你的API的功能是由FastAPI Python类提供的。
• app = FastAPI(): 这将创建一个FastAPI实例。
• @app.get("/"): 这是一个python装饰器，向FastAPI指定它下面的函数负责处理请求。
• @app.get("/"): 这是一个指定路由的装饰器。这将在网站的路由上创建一个GET方法。然后，结果由封装的函数返回。
• 其他可能用于通信的操作包括 @app.post(), @app.put(), @app.delete(), @app.options(), @app.head(), @app.patch(), and @app.trace().

在文件目录中，在你的终端运行以下命令来启动API服务器：

$ uvicorn main:app --reload

在这个命令中，main是你的模块的名字。app 对象是你的应用程序的实例，并被导入ASGI服务器。 --reload 标志告诉服务器在你做任何改变时自动重新加载。

你应该在你的终端看到类似这样的东西：

 $ uvicorn main:app --reload
INFO: Will watch for changes in these directories: ['D:\\WEB DEV\\Eunit\\Tests\\fast-api']
INFO: Uvicorn running on http://127.0.0.1:8000 (Press CTRL+C to quit)
INFO: Started reloader process [26888] using WatchFiles
INFO: Started server process [14956]
INFO: Waiting for application startup.
INFO: Application startup complete.

在你的浏览器中，导航到 http://localhost:8000 ，确认你的API正在工作。你应该看到 “Hello”。”World “作为一个JSON对象出现在页面上。这说明用FastAPI创建一个API是多么容易。你所要做的就是定义一个路由并返回你的Python字典，如上面片段的第6行所示。

网页浏览器中的FastAPI Hello World应用程序

使用类型提示

如果你使用Python，你已经习惯于用基本的数据类型来注释变量，如 int, str, float, 和 bool。然而，从 Python 3.9 版本开始，高级数据结构被引入。这使得你可以使用数据结构，如 dictionaries, tuples, 和 lists。通过FastAPI的类型提示，你可以使用pydantic模型来构造你的数据模式，然后，使用pydantic模型进行类型提示，并从所提供的数据验证中获益。

在下面的例子中，我们用一个简单的餐价计算器 calculate_meal_fee 来演示Python中类型提示的使用：

def calculate_meal_fee(beef_price: int, meal_price: int) -> int:
total_price: int = beef_price + meal_price
return total_price
print("Calculated meal fee", calculate_meal_fee(75, 19))

注意，类型提示不会改变你的代码运行方式。

FastAPI交互式API文档

FastAPI使用Swagger UI来提供自动交互式API文档。要访问它，请导航到 http://localhost:8000/docs，你会看到一个屏幕，上面有你所有的端点、方法和模式。

Swagger UI的FastAPI的文档

这个自动的、基于浏览器的API文档是由FastAPI提供的，你不需要做任何其他事情就可以利用它。

另一个基于浏览器的API文档，也是由FastAPI提供的，是Redoc。要访问Redoc，请导航到 http://localhost:8000/redoc，在那里你会看到你的端点、方法和它们各自的响应的列表。

Redoc的FastAPI的文档

在FastAPI中设置路由

@app 装饰器允许你指定路由的方法，如 @app.get or @app.post，并支持 GET, POST, PUT, and DELETE，以及不太常见的选项：HEAD, PATCH, 和 TRACE。

使用FastAPI构建你的应用程序

在本教程中，我们将指导你用FastAPI构建一个CRUD应用程序。该应用程序将能够：

• 创建一个用户
• 读取一个用户的数据库记录
• 更新一个现有的用户
• 删除一个特定的用户

为了执行这些CRUD操作，你将创建暴露API端点的方法。其结果将是一个可以存储用户列表的内存数据库。

用于CRUD示例的数据库表结构

你将使用pydantic库，使用Python类型注释进行数据验证和设置管理。为了本教程的目的，你将把你的数据的形状声明为带有属性的类。

本教程将使用内存中的数据库。这是为了让你快速开始使用FastAPI来构建你的API。然而，对于生产来说，你可以利用你选择的任何数据库，如PostgreSQL、MySQL、SQLite，甚至是Oracle。

构建应用程序

你将从创建你的用户模型开始。该用户模型将有以下属性：

• id: 一个通用唯一标识符（UUID）
• first_name: 用户的名字
• last_name: 用户的姓氏
• gender: 用户的性别
• roles: 这是一个包含 admin 和 user 角色的列表

首先在你的工作目录中创建一个名为models.py的新文件，然后将以下代码粘贴到models.py中，创建你的模型：

# models.py
from typing import List, Optional
from uuid import UUID, uuid4
from pydantic import BaseModel
from enum import Enum
from pydantic import BaseModel
class Gender(str, Enum):
male = "male"
female = "female"
class Role(str, Enum):
admin = "admin"
user = "user"
class User(BaseModel):
id: Optional[UUID] = uuid4()
first_name: str
last_name: str
gender: Gender
roles: List[Role]

在上面的代码中：

• 你的 User 类扩展了BaseModel，然后从 pydantic 导入。
• 你定义了用户的属性，如上所述。

下一步是创建你的数据库。用以下代码替换你的main.py文件的内容：

# main.py
from typing import List
from uuid import uuid4
from fastapi import FastAPI
from models import Gender, Role, User
app = FastAPI()
db: List[User] = [
User(
id=uuid4(),
first_name="John",
last_name="Doe",
gender=Gender.male,
roles=[Role.user],
),
User(
id=uuid4(),
first_name="Jane",
last_name="Doe",
gender=Gender.female,
roles=[Role.user],
),
User(
id=uuid4(),
first_name="James",
last_name="Gabriel",
gender=Gender.male,
roles=[Role.user],
),
User(
id=uuid4(),
first_name="Eunit",
last_name="Eunit",
gender=Gender.male,
roles=[Role.admin, Role.user],
),
]

在main.py中：

• 你用List 的类型初始化了 db ，并传入了 User 模型
• 你创建了一个有四个用户的内存数据库，每个用户都有必要的属性，如 first_name, last_name, gender, 和 roles。用户 Eunit 被分配了 admin 和 user 的角色，而其他三个用户只被分配了 user的角色。

读取数据库记录

你已经成功地建立了你的内存数据库，并为其填充了用户，所以下一步是建立一个端点，以返回所有用户的列表。这就是FastAPI的作用。

在你的main.py文件中，在你的 Hello World 端点下面粘贴以下代码：

# main.py
@app.get("/api/v1/users")
async def get_users():
return db

这段代码定义了端点 /api/v1/users，并创建了一个异步函数get_users，它返回数据库db的所有内容。

保存你的文件，你可以测试你的用户端点。在你的终端运行以下命令来启动API服务器：

$ uvicorn main:app --reload

在你的浏览器中，导航到 http://localhost:8000/api/v1/users。这应该会返回你所有用户的列表，如下图所示：

通过FastAPI数据库读取请求获取的用户数据

在这个阶段，你的main.py文件将看起来像这样：

# main.py
from typing import List
from uuid import uuid4
from fastapi import FastAPI
from models import Gender, Role, User
app = FastAPI()
db: List[User] = [
User(
id=uuid4(),
first_name="John",
last_name="Doe",
gender=Gender.male,
roles=[Role.user],
),
User(
id=uuid4(),
first_name="Jane",
last_name="Doe",
gender=Gender.female,
roles=[Role.user],
),
User(
id=uuid4(),
first_name="James",
last_name="Gabriel",
gender=Gender.male,
roles=[Role.user],
),
User(
id=uuid4(),
first_name="Eunit",
last_name="Eunit",
gender=Gender.male,
roles=[Role.admin, Role.user],
),
]
@app.get("/")
async def root():
return {"Hello": "World",}
@app.get("/api/v1/users")
async def get_users():
return db

创建数据库记录

下一步是创建一个端点，在你的数据库中创建一个新的用户。将下面的片段粘贴到你的main.py文件中：

# main.py
@app.post("/api/v1/users")
async def create_user(user: User):
db.append(user)
return {"id": user.id}

在这个片段中，你定义了提交新用户的端点，并使用 @app.post 装饰器来创建一个 POST 方法。

你还创建了函数 create_user，它接受 user 模型的 User，并将新创建的用户追加（添加）到数据库 db 中。最后，端点返回一个新创建的用户的 id 的JSON对象。

你将不得不使用FastAPI提供的自动API文档来测试你的端点，如上所示。这是因为你不能使用网络浏览器进行发布请求。导航到 http://localhost:8000/docs，使用SwaggerUI提供的文档进行测试。

FastAPI POST请求的参数

删除数据库记录

由于你正在建立一个CRUD应用程序，你的应用程序将需要具有删除指定资源的能力。在本教程中，你将创建一个端点来删除一个用户。

将以下代码粘贴到你的main.py文件中:

# main.py
from uuid import UUID
from fastapi HTTPException
@app.delete("/api/v1/users/{id}")
async def delete_user(id: UUID):
for user in db:
if user.id == id:
db.remove(user)
return
raise HTTPException(
status_code=404, detail=f"Delete user failed, id {id} not found."
)

下面是对这段代码的逐行分解：

• @app.delete("/api/v1/users/{id}"): 你使用 @app.delete() 装饰器创建了删除端点。路径仍然是 /api/v1/users/{id}，但随后它检索了 id，这是一个对应于用户id的路径变量。
• async def delete_user(id: UUID):: 创建 delete_user 函数，从URL中获取 id。
• for user in db:: 这告诉应用程序循环浏览数据库中的用户，并检查所传递的 id 是否与数据库中的用户相符。
• db.remove(user): 如果 id  与用户匹配，该用户将被删除；否则，将产生一个 HTTPException ，状态码为404。

FastAPI DELETE请求的参数

更新数据库记录

你将创建一个端点来更新一个用户的详细信息。可以更新的细节包括以下参数： first_name, last_name, 和 roles。

在你的models.py文件中，在你的 User 模型下粘贴以下代码，也就是在 User(BaseModel): 类：

 # models.py
class UpdateUser(BaseModel):
first_name: Optional[str]
last_name: Optional[str]
roles: Optional[List[Role]]

在这个片段中，UpdateUser 类扩展了 BaseModel。然后，你将可更新的用户参数，如 first_name, last_name, 和 roles，设置为可选。

现在你将创建一个端点来更新一个特定用户的详细信息。在你的main.py文件中，在 @app.delete 装饰器之后粘贴以下代码：

# main.py
@app.put("/api/v1/users/{id}")
async def update_user(user_update: UpdateUser, id: UUID):
for user in db:
if user.id == id:
if user_update.first_name is not None:
user.first_name = user_update.first_name
if user_update.last_name is not None:
user.last_name = user_update.last_name
if user_update.roles is not None:
user.roles = user_update.roles
return user.id
raise HTTPException(status_code=404, detail=f"Could not find user with id: {id}")

在上面的代码中，你已经做了以下工作：

• 创建 @app.put("/api/v1/users/{id}")，即更新端点。它有一个变量参数id，与用户的id相对应。
• 创建了一个名为 update_user 的方法，它接收了 UpdateUser 类和 id。
• 使用一个 for 循环来检查与所传 id 相关的用户是否在数据库中。
• 检查用户的任何参数是否 is not None （非空）。如果任何参数，如 first_name, last_name, 或 roles,，不是null，那么它就被更新。
• 如果操作成功，将返回用户ID。
• 如果没有找到用户，就会产生一个 HTTPException 异常，状态代码为404，信息为 Could not find user with id: {id} 的用户。

要测试这个端点，确保你的Uvicorn服务器正在运行。如果它没有运行，请输入这个命令：

uvicorn main:app --reload

下面是测试的屏幕截图。

FastAPI UPDATE请求的参数

小结

在本教程中，你已经了解了Python的FastAPI框架，并亲眼目睹了如何快速启动和运行一个由FastAPI驱动的应用程序。你学会了如何使用该框架建立 CRUD API 端点 – 创建、读取、更新和删除数据库记录。