Python FastAPI

FastAPI简介

FastAPI是一个现代、快速（高性能）的Web框架，用于构建API，基于Python 3.6+标准类型提示。它是当前最快的Python Web框架之一，拥有与NodeJS和Go相当的性能。

FastAPI具有以下主要特点：

快速：可与NodeJS和Go相媲美的高性能
快速编码：提高功能开发速度约200%~300%
更少的错误：减少约40%的人为错误
直观：强大的编辑器支持，自动补全无处不在
简单：易于学习和使用
简短：最小化代码重复
稳健：获取可用于生产环境的代码，并附带自动交互式文档

为什么选择FastAPI？

FastAPI结合了Flask的简单性和Django的功能性，同时提供了现代Python特性。它非常适合构建微服务、RESTful API和实时应用。

安装与设置

要开始使用FastAPI，我们首先需要安装它和一个ASGI服务器（如Uvicorn）：

bash
pip install fastapi uvicorn

创建第一个API

让我们创建一个简单的Hello World应用程序：

python
from fastapi import FastAPI

# 创建FastAPI实例
app = FastAPI()

# 定义根路由
@app.get("/")
def read_root():
    return {"Hello": "World"}

# 带路径参数的路由
@app.get("/items/{item_id}")
def read_item(item_id: int):
    return {"item_id": item_id}

要运行此应用程序，请在命令行中执行：

bash
uvicorn main:app --reload

这里，main是Python文件名（main.py），app是在文件中创建的FastAPI实例，--reload标志使服务器在代码更改时自动重新启动。

现在，在浏览器中访问：

http://127.0.0.1:8000/ 将返回 {"Hello": "World"}
http://127.0.0.1:8000/items/5 将返回 {"item_id": 5}

请求体和参数

FastAPI可以轻松处理请求体和查询参数。让我们看一个例子：

python
from fastapi import FastAPI
from pydantic import BaseModel

app = FastAPI()

# 定义数据模型
class Item(BaseModel):
    name: str
    description: str = None
    price: float
    tax: float = None

@app.post("/items/")
def create_item(item: Item):
    item_dict = item.dict()
    if item.tax:
        price_with_tax = item.price + item.tax
        item_dict.update({"price_with_tax": price_with_tax})
    return item_dict

@app.get("/items/")
def read_items(skip: int = 0, limit: int = 10):
    return {"skip": skip, "limit": limit}

在这个例子中：

我们使用Pydantic定义了Item数据模型
使用@app.post装饰器定义了一个接受POST请求的端点
使用@app.get装饰器定义了一个接受GET请求的端点，带有查询参数

自动文档

FastAPI自动生成交互式API文档。启动应用后，可以访问：

http://127.0.0.1:8000/docs - 使用Swagger UI的交互式文档
http://127.0.0.1:8000/redoc - 使用ReDoc的替代文档

这些文档会根据你的代码自动更新，包括函数的注释。

路径参数和查询参数

python
from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()

@app.get("/users/{user_id}")
def read_user(user_id: int, query: str = None):
    if query:
        return {"user_id": user_id, "query": query}
    return {"user_id": user_id}

在此示例中：

user_id是路径参数，是URL的一部分
query是查询参数，通过?query=something添加到URL

状态码和错误处理

FastAPI提供了处理HTTP状态码和错误的简便方法：

python
from fastapi import FastAPI, HTTPException, status

app = FastAPI()

items = {"foo": "The Foo"}

@app.get("/items/{item_id}")
def read_item(item_id: str):
    if item_id not in items:
        raise HTTPException(
            status_code=status.HTTP_404_NOT_FOUND, 
            detail="Item not found"
        )
    return {"item": items[item_id]}

依赖注入系统

FastAPI的依赖注入系统允许你声明某个函数依赖于另一个组件：

python
from fastapi import Depends, FastAPI, Header, HTTPException

app = FastAPI()

async def verify_token(x_token: str = Header(...)):
    if x_token != "fake-super-secret-token":
        raise HTTPException(status_code=400, detail="X-Token header invalid")
    return x_token

@app.get("/items/", dependencies=[Depends(verify_token)])
async def read_items():
    return [{"item": "Portal Gun"}, {"item": "Plumbus"}]

实际案例：构建简单的TODO API

让我们创建一个简单的TODO API，展示FastAPI的真实应用：

python
from fastapi import FastAPI, HTTPException, Depends, status
from pydantic import BaseModel
from typing import List, Optional
import uuid

app = FastAPI(title="TODO API")

# 数据模型
class TodoBase(BaseModel):
    title: str
    description: Optional[str] = None
    completed: bool = False

class TodoCreate(TodoBase):
    pass

class Todo(TodoBase):
    id: str

    class Config:
        orm_mode = True

# 内存数据存储
todos = {}

# 获取单个TODO的依赖项
def get_todo(todo_id: str):
    if todo_id not in todos:
        raise HTTPException(status_code=404, detail="Todo not found")
    return todos[todo_id]

# API路由
@app.post("/todos/", response_model=Todo, status_code=status.HTTP_201_CREATED)
def create_todo(todo: TodoCreate):
    todo_id = str(uuid.uuid4())
    todos[todo_id] = Todo(id=todo_id, **todo.dict())
    return todos[todo_id]

@app.get("/todos/", response_model=List[Todo])
def read_todos(skip: int = 0, limit: int = 100):
    return list(todos.values())[skip : skip + limit]

@app.get("/todos/{todo_id}", response_model=Todo)
def read_todo(todo: Todo = Depends(get_todo)):
    return todo

@app.put("/todos/{todo_id}", response_model=Todo)
def update_todo(todo_data: TodoCreate, todo: Todo = Depends(get_todo)):
    updated_todo = todo.copy(update=todo_data.dict())
    todos[todo.id] = updated_todo
    return updated_todo

@app.delete("/todos/{todo_id}", status_code=status.HTTP_204_NO_CONTENT)
def delete_todo(todo: Todo = Depends(get_todo)):
    del todos[todo.id]
    return None

高级功能：后台任务与WebSocket

FastAPI支持后台任务和WebSocket，使其非常适合处理长时间运行的操作和实时应用：

后台任务

python
from fastapi import BackgroundTasks, FastAPI

app = FastAPI()

def write_log(message: str):
    with open("log.txt", "a") as log:
        log.write(message + "\n")

@app.post("/send-notification/")
async def send_notification(
    email: str, background_tasks: BackgroundTasks
):
    background_tasks.add_task(write_log, f"Notification sent to {email}")
    return {"message": "Notification sent in the background"}

WebSocket

python
from fastapi import FastAPI, WebSocket
from fastapi.responses import HTMLResponse

app = FastAPI()

html = """
<!DOCTYPE html>
<html>
    <head>
        <title>Chat</title>
    </head>
    <body>
        <h1>WebSocket Chat</h1>
        <input type="text" id="messageText" autocomplete="off"/>
        <button onclick="sendMessage()">Send</button>
        <ul id="messages"></ul>
        <script>
            var ws = new WebSocket("ws://localhost:8000/ws");
            ws.onmessage = function(event) {
                var messages = document.getElementById('messages');
                var message = document.createElement('li');
                message.textContent = event.data;
                messages.appendChild(message);
            };
            function sendMessage() {
                var input = document.getElementById("messageText");
                ws.send(input.value);
                input.value = '';
            }
        </script>
    </body>
</html>
"""

@app.get("/")
async def get():
    return HTMLResponse(html)

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

总结

FastAPI是一个功能强大、高效且易于使用的Python Web框架，特别适合构建API。它结合了现代Python特性，如类型提示和异步支持，提供了出色的性能和开发体验。

主要优势：

快速、高效的性能
自动生成的文档
基于类型提示的数据验证
依赖注入系统
支持异步编程

对于初学者来说，FastAPI是一个很好的选择，因为它简单直观，同时又具备构建复杂应用程序所需的所有功能。

练习与挑战

创建一个简单的博客API，支持创建、读取、更新和删除博客文章
扩展TODO API，添加用户认证功能
使用WebSocket创建一个简单的聊天应用
实现一个文件上传和下载的API
将您的API连接到数据库（如SQLite或PostgreSQL）

附加资源

通过这些资源和实践，你将能够掌握FastAPI并开始构建高效、可靠的Web API。

FastAPI简介​

安装与设置​

创建第一个API​

请求体和参数​

自动文档​

路径参数和查询参数​

状态码和错误处理​

依赖注入系统​

实际案例：构建简单的TODO API​

高级功能：后台任务与WebSocket​

后台任务​

WebSocket​

总结​

练习与挑战​

附加资源​