2019-05-04 15:53:22 +08:00
## RESTful架构和DRF入门
2019-02-13 07:38:52 +08:00
2020-07-15 12:12:49 +08:00
把软件( Software) 、平台( Platform) 、基础设施( Infrastructure) 做成服务( Service) 是很多IT企业都一直在做的事情, 这就是大家经常听到的SasS( 软件即服务) 、PasS( 平台即服务) 和IasS( 基础设置即服务) 。实现面向服务的架构( SOA) 有诸多的方式, 包括RPC( 远程过程调用) 、Web Service、REST等, 在技术层面上, SOA是一种**抽象的、松散耦合的粗粒度软件架构**; 在业务层面上, SOA的核心概念是“**重用**”和“**互操作**”, 它将系统资源整合成可操作的、标准的服务, 使得这些资源能够被重新组合和应用。在实现SOA的诸多方案中, REST被认为是最适合互联网应用的架构, 符合REST规范的架构也经常被称作RESTful架构。
2019-02-13 07:38:52 +08:00
2020-07-15 12:12:49 +08:00
### REST概述
REST这个词, 是**Roy Thomas Fielding**在他2000年的博士论文中提出的, Roy是HTTP协议( 1.0和1.1版) 的主要设计者、Apache服务器软件主要作者、Apache基金会第一任主席。在他的博士论文中, Roy把他对互联网软件的架构原则定名为REST, 即**RE**presentational **S**tate **T**ransfer的缩写, 中文通常翻译为“** 表现层状态转移**”或“**表述状态转移**”。
这里的“表现层”其实指的是“资源”的“表现层”。所谓资源, 就是网络上的一个实体, 或者说是网络上的一个具体信息。它可以是一段文本、一张图片、一首歌曲或一种服务。我们可以用一个URI( 统一资源定位符) 指向资源, 要获取到这个资源, 访问它的URI即可, URI就是资源在互联网上的唯一标识。资源可以有多种外在表现形式。我们把资源具体呈现出来的形式, 叫做它的“表现层”。比如, 文本可以用`text/plain`格式表现,也可以用`text/html`格式、`text/xml`格式、`application/json`格式表现,甚至可以采用二进制格式;图片可以用`image/jpeg`格式表现,也可以用`image/png`格式表现。URI只代表资源的实体, 不代表它的表现形式。严格地说, 有些网址最后的`.html`后缀名是不必要的, 因为这个后缀名表示格式, 属于“表现层”范畴, 而URI应该只代表“资源”的位置, 它的具体表现形式, 应该在HTTP请求的头信息中用`Accept`和`Content-Type`字段指定,这两个字段才是对“表现层”的描述。
访问一个网站, 就代表了客户端和服务器的一个互动过程。在这个过程中, 势必涉及到数据和状态的变化。Web应用通常使用HTTP作为其通信协议, 客户端想要操作服务器, 必须通过HTTP请求, 让服务器端发生“状态转移”, 而这种转移是建立在表现层之上的, 所以就是“表现层状态转移”。客户端通过HTTP的动词GET、POST、PUT( 或PATCH) 、DELETE, 分别对应对资源的四种基本操作, 其中GET用来获取资源, POST用来新建资源( 也可以用于更新资源) , PUT( 或PATCH) 用来更新资源, DELETE用来删除资源。
简单的说RESTful架构就是: “每一个URI代表一种资源, 客户端通过四个HTTP动词, 对服务器端资源进行操作, 实现资源的表现层状态转移”。
我们在设计Web应用时, 如果需要向客户端提供资源, 就可以使用REST风格的URI, 这是实现RESTful架构的第一步。当然, 真正的RESTful架构并不只是URI符合REST风格, 更为重要的是“无状态”和“幂等性”两个词, 我们在后面的课程中会为大家阐述这两点。下面的例子给出了一些符合REST风格的URI, 供大家在设计URI时参考。
| 请求方法( HTTP动词) | URI | 解释 |
| -------------------- | -------------------------- | -------------------------------------------- |
| **GET** | `/students/` | 获取所有学生 |
| **POST** | `/students/` | 新建一个学生 |
| **GET** | `/students/ID/` | 获取指定ID的学生信息 |
| **PUT** | `/students/ID/` | 更新指定ID的学生信息( 提供该学生的全部信息) |
| **PATCH** | `/students/ID/` | 更新指定ID的学生信息( 提供该学生的部分信息) |
| **DELETE** | `/students/ID/` | 删除指定ID的学生信息 |
| **GET** | `/students/ID/friends/` | 列出指定ID的学生的所有朋友 |
| **DELETE** | `/students/ID/friends/ID/` | 删除指定ID的学生的指定ID的朋友 |
### DRF使用入门
在Django项目中, 如果要实现REST架构, 即将网站的资源发布成REST风格的API接口, 可以使用著名的三方库`djangorestframework` , 我们通常将其简称为DRF。
#### 安装和配置DRF
安装DRF。
```Shell
pip install djangorestframework
```
配置DRF。
```Python
INSTALLED_APPS = [
'rest_framework',
]
# 下面的配置根据项目需要进行设置
REST_FRAMEWORK = {
# 配置默认页面大小
# 'PAGE_SIZE': 10,
# 配置默认的分页类
# 'DEFAULT_PAGINATION_CLASS': 'rest_framework.pagination.PageNumberPagination',
# 配置异常处理器
# 'EXCEPTION_HANDLER': '...',
# 配置默认解析器
# 'DEFAULT_PARSER_CLASSES': (
# 'rest_framework.parsers.JSONParser',
# 'rest_framework.parsers.FormParser',
# 'rest_framework.parsers.MultiPartParser',
# ),
# 配置默认限流类
# 'DEFAULT_THROTTLE_CLASSES': (
# '...'
# ),
# 配置默认授权类
# 'DEFAULT_PERMISSION_CLASSES': (
# '...',
# ),
# 配置默认认证类
# 'DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES': (
# '...',
# ),
}
```
#### 编写序列化器
前后端分离的开发需要后端为前端、移动端提供API数据接口, 而API接口通常情况下都是返回JSON格式的数据, 这就需要对模型对象进行序列化处理。DRF中封装了`Serializer`类和`ModelSerializer`类用于实现序列化操作,通过继承`Serializer`类或`ModelSerializer`类,我们可以自定义序列化器,用于将对象处理成字典,代码如下所示。
```Python
class SubjectSerializer(serializers.ModelSerializer):
class Meta:
model = Subject
fields = '__all__'
```
上面的代码直接继承了`ModelSerializer`,通过`Meta`类的`model`属性指定要序列化的模型以及`fields`属性指定需要序列化的模型字段,稍后我们就可以在视图函数中使用该类来实现对`Subject`模型的序列化。
#### 编写视图函数
DRF框架支持两种实现数据接口的方式, 一种是FBV( 基于函数的视图) , 另一种是CBV( 基于类的视图) 。我们先看看FBV的方式如何实现数据接口, 代码如下所示。
```Python
@api_view (('GET', ))
def show_subjects(request: HttpRequest) -> HttpResponse:
subjects = Subject.objects.all().order_by('no')
# 创建序列化器对象并指定要序列化的模型
serializer = SubjectSerializer(subjects, many=True)
# 通过序列化器的data属性获得模型对应的字典并通过创建Response对象返回JSON格式的数据
return Response(serializer.data)
```
对比上一个章节的使用`bpmapper`实现模型序列化的代码, 使用DRF的代码更加简单明了, 而且DRF本身自带了一套页面, 可以方便我们查看我们使用DRF定制的数据接口, 如下图所示。
![](res/drf-app.png)
直接使用上一节写好的页面, 就可以通过Vue.js把上面接口提供的学科数据渲染并展示出来, 此处不再进行赘述。
#### 实现老师信息数据接口
编写序列化器。
```Python
class SubjectSimpleSerializer(serializers.ModelSerializer):
class Meta:
model = Subject
fields = ('no', 'name')
class TeacherSerializer(serializers.ModelSerializer):
class Meta:
model = Teacher
exclude = ('subject', )
```
编写视图函数。
```Python
@api_view (('GET', ))
def show_teachers(request: HttpRequest) -> HttpResponse:
try:
sno = int(request.GET.get('sno'))
subject = Subject.objects.only('name').get(no=sno)
teachers = Teacher.objects.filter(subject=subject).defer('subject').order_by('no')
subject_seri = SubjectSimpleSerializer(subject)
teacher_seri = TeacherSerializer(teachers, many=True)
return Response({'subject': subject_seri.data, 'teachers': teacher_seri.data})
except (TypeError, ValueError, Subject.DoesNotExist):
return Response(status=404)
```
配置URL映射。
```Python
urlpatterns = [
path('api/teachers/', show_teachers),
]
```
通过Vue.js渲染页面。
2020-07-21 07:50:07 +08:00
```HTML
2020-07-15 12:12:49 +08:00
<!DOCTYPE html>
< html lang = "en" >
< head >
< meta charset = "UTF-8" >
< title > 老师信息< / title >
< style >
2020-07-21 07:50:07 +08:00
/* 此处省略掉层叠样式表 */
2020-07-15 12:12:49 +08:00
< / style >
< / head >
< body >
< div id = "container" >
< h1 > {{ subject.name }}学科的老师信息< / h1 >
< hr >
< h2 v-if = "teachers.length == 0" > 暂无该学科老师信息< / h2 >
< div class = "teacher" v-for = "teacher in teachers" >
< div class = "photo" >
< img :src = "'/static/images/' + teacher.photo" height = "140" alt = "" >
< / div >
< div class = "info" >
< div >
< span > < strong > 姓名:{{ teacher.name }}< / strong > < / span >
< span > 性别:{{ teacher.sex | maleOrFemale }}< / span >
< span > 出生日期:{{ teacher.birth }}< / span >
< / div >
< div class = "intro" > {{ teacher.intro }}< / div >
< div class = "comment" >
2020-07-21 07:50:07 +08:00
< a href = "" @click . prevent = "praise(teacher)" > 好评</ a >
(< strong > {{ teacher.good_count }}< / strong > )
2020-07-15 12:12:49 +08:00
2020-07-21 07:50:07 +08:00
< a href = "" @click . prevent = "criticize(teacher)" > 差评</ a >
(< strong > {{ teacher.bad_count }}< / strong > )
2020-07-15 12:12:49 +08:00
< / div >
< / div >
< / div >
< a href = "/" > 返回首页< / a >
< / div >
< script src = "https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/vue/2.6.11/vue.min.js" > < / script >
< script >
let app = new Vue({
el: '#container',
data: {
subject: null,
teachers: []
},
created() {
fetch('/api/teachers/' + location.search)
.then(resp => resp.json())
.then(json => {
this.subject = json.subject
this.teachers = json.teachers
})
},
filters: {
maleOrFemale(sex) {
return sex? '男': '女'
}
},
methods: {
praise(teacher) {
fetch('/praise/?tno=' + teacher.no)
.then(resp => resp.json())
.then(json => {
if (json.code === 20000) {
teacher.good_count = json.count
} else {
alert(json.mesg)
}
})
},
criticize(teacher) {
fetch('/criticize/?tno=' + teacher.no)
.then(resp => resp.json())
.then(json => {
if (json.code === 20000) {
teacher.bad_count = json.count
} else {
alert(json.mesg)
}
})
}
}
})
< / script >
< / body >
< / html >
```
### 前后端分离下的用户登录
之前我们提到过, HTTP是无状态的, 一次请求结束连接断开, 下次服务器再收到请求, 它就不知道这个请求是哪个用户发过来的。但是对于一个Web应用而言, 它是需要有状态管理的, 这样才能让服务器知道HTTP请求来自哪个用户, 从而判断是否允许该用户请求以及为用户提供更好的服务, 这个过程就是常说的**会话管理**。
之前我们做会话管理( 用户跟踪) 的方法是: 用户登录成功后, 在服务器端通过一个session对象保存用户相关数据, 然后把session对象的ID写入浏览器的cookie中; 下一次请求时, HTTP请求头中携带cookie的数据, 服务器从HTTP请求头读取cookie中的sessionid, 根据这个标识符找到对应的session对象, 这样就能够获取到之前保存在session中的用户数据。我们刚才说过, REST架构是最适合互联网应用的架构, 它强调了HTTP的无状态性, 这样才能保证应用的水平扩展能力( 当并发访问量增加时, 可以通过增加新的服务器节点来为系统扩容) 。显然, 基于session实现用户跟踪的方式需要服务器保存session对象, 在做水平扩展增加新的服务器节点时, 需要复制和同步session对象, 这显然是非常麻烦的。解决这个问题有两种方案, 一种是架设缓存服务器( 如Redis) , 让多个服务器节点共享缓存服务并将session对象直接置于缓存服务器中; 另一种方式放弃基于session的用户跟踪, 使用**基于token的用户跟踪**。
基于token的用户跟踪是在用户登录成功后, 为用户生成身份标识并保存在浏览器本地存储( localStorage、sessionStorage、cookie等) 中, 这样的话服务器不需要保存用户状态, 从而可以很容易的做到水平扩展。基于token的用户跟踪具体流程如下:
1. 用户登录时, 如果登录成功就按照某种方式为用户生成一个令牌( token) , 该令牌中通常包含了用户标识、过期时间等信息而且需要加密并生成指纹( 避免伪造或篡改令牌) , 服务器将令牌返回给前端;
2. 前端获取到服务器返回的token, 保存在浏览器本地存储中( 可以保存在`localStorage`或`sessionStorage`中, 对于使用Vue.js的前端项目来说, 还可以通过Vuex进行状态管理) ;
3. 对于使用了前端路由的项目来说,前端每次路由跳转,可以先判断`localStroage`中有无token, 如果没有则跳转到登录页;
4. 每次请求后端数据接口, 在HTTP请求头里携带token; 后端接口判断请求头有无token, 如果没有token以及token是无效的或过期的, 服务器统一返回401;
5. 如果前端收到HTTP响应状态码401, 则重定向到登录页面。
通过上面的描述, 相信大家已经发现了, 基于token的用户跟踪最为关键是在用户登录成功时, 要为用户生成一个token作为用户的身份标识。生成token的方法很多, 其中一种比较成熟的解决方案是使用JSON Web Token。
#### JWT概述
JSON Web Token通常简称为JWT, 它是一种开放标准( RFC 7519) 。随着RESTful架构的流行, 越来越多的项目使用JWT作为用户身份认证的方式。JWT相当于是三个JSON对象经过编码后, 用`.`分隔并组合到一起, 这三个JSON对象分别是头部( header) 、载荷( payload) 和签名( signature) , 如下图所示。
![](res/json-web-token.png)
1. 头部
```JSON
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
```
其中,`alg`属性表示签名的算法, 默认是HMAC SHA256( 简写成`HS256`) ; `typ`属性表示这个令牌的类型, JWT中都统一书写为`JWT`。
2. 载荷
载荷部分用来存放实际需要传递的数据。JWT官方文档中规定了7个可选的字段:
- iss :签发人
- exp: 过期时间
- sub: 主题
- aud: 受众
- nbf: 生效时间
- iat: 签发时间
- jti: 编号
除了官方定义的字典,我们可以根据应用的需要添加自定义的字段,如下所示。
```JSON
{
"sub": "1234567890",
"nickname": "jackfrued",
"role": "admin"
}
```
3. 签名
签名部分是对前面两部分生成一个指纹,防止数据伪造和篡改。实现签名首先需要指定一个密钥。这个密钥只有服务器才知道,不能泄露给用户。然后,使用头部指定的签名算法(默认是`HS256`),按照下面的公式产生签名。
```Python
HS256(base64Encode(header) + '.' + base64Encode(payload), secret)
```
算出签名以后,把头部、载荷、签名三个部分拼接成一个字符串,每个部分用`.`进行分隔, 这样一个JWT就生成好了。
#### JWT的优缺点
使用JWT的优点非常明显, 包括:
1. 更容易实现水平扩展,因为令牌保存在浏览器中,服务器不需要做状态管理。
2. 更容易防范CSRF攻击, 因为在请求头中添加`localStorage`或`sessionStorage`中的token必须靠JavaScript代码完成, 而不是自动添加到请求头中的。
3. 可以防伪造和篡改, 因为JWT有签名, 伪造和篡改的令牌无法通过签名验证, 会被认定是无效的令牌。
当然, 任何技术不可能只有优点没有缺点, JWT也有诸多缺点, 大家需要在使用的时候引起注意, 具体包括:
1. 可能会遭受到XSS攻击( 跨站脚本攻击) , 通过注入恶意脚本执行JavaScript代码获取到用户令牌。
2. 在令牌过期之前,无法作废已经颁发的令牌,要解决这个问题,还需要额外的中间层和代码来辅助。
3. JWT是用户的身份令牌, 一旦泄露, 任何人都可以获得该用户的所有权限。为了降低令牌被盗用后产生的风险, JWT的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限, 使用时应通过其他方式再次对用户进行认证, 例如短信验证码等。
2020-07-21 07:50:07 +08:00
#### 使用PyJWT
2020-07-15 12:12:49 +08:00
在Python代码中, 可以使用三方库`PyJWT`生成和验证JWT, 下面是安装`PyJWT`的命令。
```Bash
pip install pyjwt
```
生成令牌。
```Python
payload = {
'exp': datetime.datetime.utcnow() + datetime.timedelta(days=1),
'userid': 10001
}
token = jwt.encode(payload, settings.SECRET_KEY).decode()
```
验证令牌。
```Python
try:
token = 'eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJleHAiOjE1OTQ4NzIzOTEsInVzZXJpZCI6MTAwMDF9.FM-bNxemWLqQQBIsRVvc4gq71y42I9m2zt5nlFxNHUo'
payload = jwt.decode(token, settings.SECRET_KEY)
except InvalidTokenError:
raise AuthenticationFailed('无效的令牌或令牌已经过期')
```
相信通过上面的讲解,大家已经可以自行完成对投票项目用户登录功能的修改,如果有什么疑惑,可以参考我的代码,点击[地址一](https://github.com/jackfrued/vote)或[地址二](https://gitee.com/jackfrued/vote)可以打开项目仓库的页面。
2019-02-13 07:38:52 +08:00