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对于 Python 程序员来说,进行 Web 开发有很多现成的框架可供使用,比如Django、Flask、Tornado。而其中,Django 可能是最全面、同时最受欢迎的一个。世界上最大的在线视频网站 YouTube、最大的图片分享网站 Instagram,都使用 Python + Django 开发。

作为一个 Python Web 框架,它内置了全套工具,可以开箱即用,也被称为“完美主义者的最后框架”。如果你想找一份 Python Web 开发的工作,Django 可能是你最需要掌握的技能。

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今天给大家推荐一门 Django 课程——《Django Web 框架入门实战》,没有高深的概念、大段难懂的代码,带你从零入门 Django Web 开发,掌握 MVT 模型、模型类、数据模型关系、数据表、HTTP 请求、Cookie & session、后台管理等 Django 知识点。

(该课程是写给初学者的,如果你已经把 Django 玩得非常 6 了,那么这个课程不适合你。如果你是一个初学者,看 Django 文档看得头痛,来吧,我们开始。)

第一章:Django 框架介绍与安装

实验简介

本课程作为入门课程将详细介绍 Django 框架在 Web 开发过程中的应用,包括 MVT 模型、模型类的编写、数据模型关系、创建数据表、路由基础知识、HTTP 请求方法、Cookie & session 、视图函数的创建、模板文件的配置与后台管理功能等知识点。

本节实验我们主要来了解什么是 BS 架构、MVT 框架的构成、 Django 框架的简介与安装。

知识点

  • BS 架构简介
  • MVT 结构
  • Django 框架简介
  • 安装 Django

什么是 BS 架构

要了解什么是 BS 架构,就要从什么是架构说起。

架构是什么意思?为什么要有架构?

大家都知道编程的一个默认原则是 Don't Repeat Yourself ,即不要重复编写代码,简称 “DRY 原则”。编程之初,人们为了避免重复写代码,创建了函数:

# 举个简单的例子,以下为 Python 代码
>>> print('Hello, I am {}'.format('小明'))
Hello, I am 小明
>>> print('Hello, I am {}'.format('詹姆斯'))
Hello, I am 詹姆斯
>>> print('Hello, I am {}'.format('周芷若'))
Hello, I am 周芷若
>>>

# 为了避免重复,创建一个 hello 函数
>>> def hello(name):
...         print('Hello, I am', name)
...
...
>>> hello('小明')
Hello, I am 小明
>>> hello('詹姆斯')
Hello, I am 詹姆斯
>>> hello('周芷若')
Hello, I am 周芷若
>>>

后来在一些编程语言中引入了面向对象的概念,将一些有共性的函数放到类里面,称之为方法。对类进行实例化,使用实例的属性或方法实现一些功能,这样在稍复杂场景中可以更加有效地避免编写重复代码:

>>> class Student:
...         def __init__(self, name, age):
...             self.name = name
...             self.age = age
...
...         def hello(self):
...             print('Hello, I am', self.name)
...
...
...
>>> st = Student('Nash', 12)
>>> st.hello()
Hello, I am Nash
>>>

场景更加复杂时,多个类之中还是会重复编写代码。为了优化,又出现了继承的概念,子类继承父类并拥有父类全部属性和方法(双下划线的私有属性除外)。

以上所述在 Python 基础编程中随处可见,是自然而然的事情,尽管它们是几代编程人员总结归纳创新的结果。

在更加复杂的情况下,人们为了避免重复的劳动,提高工作效率,又提出来设计模式的概念。一个良好的设计模式在实践中不仅可以避免编写重复的代码,而且能够使程序的执行效率更高、更易于维护和更新功能。

设计模式是一个广泛的概念,其中包括一种叫做 “架构模式” 的概念。架构模式有很多种,例如分层模式是十分常见的一种,它在网络编程中一定会被提到,大家熟知的 IOS 七层模型,就是一种分层架构。分层架构把一个数据传输的模型分成若干层,每一层使用独特的协议对数据作一次包装或转换,然后传到下一层,最后合起来完成数据的传输。

设计模式中还有一个叫做 “客户端 / 服务器模式”(Client / Server Model)的概念,一个服务器对应多个客户端:客户端发起服务请求,服务器提供服务。例如我们日常使用的音视频软件,我们在手机或电脑上下载安装客户端 APP ,注册登录之后就可以听音乐看电影了。在这种模式中,客户端向服务器发送请求,服务器返回给客户端对应的资源。

这种模式就是被称作 CS 架构的模式,我们要了解的 BS 架构就是这种模式的一个特殊情况。

BS 架构就是 Browser - Server Model ,以浏览器作为客户端向服务器发送请求。这种模式的优势就是不需要用户安装单独的客户端,只需要有一个浏览器即可访问任意服务器。CS 架构中客户端需要不定期更新,以支持服务器提供的最新功能,而 BS 模式下服务器只需要对浏览器进行适配开发即可。

我们在手机上安装的各种 APP ,会频繁更新,有些时候需要更新才能用。在急需使用的时候还要等待下载新版本和安装,有些烦人。BS 架构下没有这种困扰,浏览器更新的频率也相对较低。

MVT 模式

简单描述一次完整的浏览器打开页面的操作:

  • 在浏览器的地址栏输入网址,或者在搜索引擎的搜索框输入关键字,然后敲回车
  • 浏览器会把页面请求发送给对应的服务器
  • 服务器收到请求,处理请求,返回响应
  • 浏览器收到响应,解析成页面显示在屏幕上

作为用户,我们使用浏览器操作即可,不关心服务器是怎么工作的。作为 Web 开发人员,我们要做的就是开发服务器。

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如上图所示,当我们使用浏览器打开实验楼网站的课程页面:

  • 浏览器向实验楼的服务器发送一个页面请求,请求对象中包含 URL 信息、浏览器版本、Cookie 等信息。
  • 服务器作为后端控制层,从请求对象中提取 URL 字符串,解析分配给对应的视图函数,由视图函数进行处理。
  • 视图函数需要查询数据库中的课程数据,数据库将查询结果返回给视图函数。
  • 视图函数将处理结果打包成 Response 对象返回给浏览器。
  • 浏览器收到响应,存储 Cookie 、解析 JS 数据,将完整的页面显示在屏幕上。

MVT 框架如下图所示:

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在收到浏览器的请求后,首先由视图函数来接受请求。视图函数在处理请求的过程中需要模板来配合,模板提供页面的所有静态资源,包括 HTML 、CSS 、JS 数据,它们是渲染页面的基础数据。页面中的动态数据,例如课程名称、简介、学习人数等数据需要从数据库中获取,这需要创建模型类(也叫映射类)来与数据库交互。

视图函数即 View ,模型类即 Model ,前端模板即为 Templates ,合起来简称 MVT 。这种设计模式就叫做 MVT 设计模式。

Django 简介

Django 是一个由 Python 编写的开放源代码的 Web 应用程序开发框架。它采用了 MVT 软件设计模式,即 Model 模型、View 视图和 Templates 模板。它最初被开发出来用于管理某新闻网站,于 2005 年在 BSD 许可下发布开源。这套框架是以比利时的吉普赛吉他手的名字命名的。

Django 的主要目标是使得开发流程复杂、依赖数据库的网站变得简单。Django 注重各个组件间的低耦合性,遵循 DRY 原则。

Django 框架的核心包括:

  • 面向对象的关系映射模型,支持编写对应数据表的映射类,这一点做得格外优秀
  • URL 分发器,基于正则表达式(Django2 中支持 path 编写简洁路径字段)
  • 视图系统,用于接收客户端请求和返回响应
  • 模板系统,内置 Jinja2 模板引擎,便于编写 Python 风格的动态数据处理代码
  • 轻量、独立的 Web 服务器,便于开发测试
  • 缓存框架,支持多种缓存方式
  • 中间件,对请求处理阶段进行额外操作

同时 Django 内置了一些针对新闻类网站的基础且实用的应用:

  • 可扩展的认证系统
  • 动态站点管理页面
  • 灵活的评论系统
  • CSRF Token 工具
  • 标记语言模板库

在使用 Python 进行 Web 开发时,除了 Django 编程人员还有多种框架选择:

  • Flask 很轻量,可以迅速搭建一个简单的 Web 网站。几乎没有组件限制,提供大量功能丰富且实用的插件,例如 Flask-Admin 后台管理插件、Flask-WTForm 表单管理插件、Flask-Login 登录功能插件、Flask-Migrate 数据表版本控制插件等。著名的科学网站果壳网就是使用 Flask 开发的。
  • Tornado 性能较高,支持异步处理,这是它最大的亮点。对 Restful API 设计良好,但没有针对数据库设计的优秀的 ORM 模块,这是比较麻烦的。
  • Bottle 更加轻量,只依赖于 Python 标准库,无法做到快速建站,在 Flask 面前几乎没有优势可言。
  • Aiohttp 是比较新的框架,它需要基于 asyncio 编写异步代码,性能方面不必担心,但框架完善还需要较长时间。

此外还有数种小众框架,它们都有一些独到之处,但在商用上的前途比较渺茫。对 Python Web 开发而言,小的网站会使用 Flask ,大型的网站就要用 Django 。

安装 Django

作为 Python 编写的 Web 开发框架,安装自然是极简单的事,使用 pip 包管理工具即可一步到位。

实验环境中已经安装了 Python3.5 和 对应的包管理工具 pip3 ,我们首先在终端命令行更新 pip3 :

$ cd ~
$ sudo pip3 install -U pip

操作截图如下:

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为了周全考虑,我们希望针对一个工程创建一个虚拟环境。切换到 ~/Code 目录下,更新 virtualenv 库,然后创建名为 venv 的虚拟环境:

$ cd Code
$ sudo pip3 install -U virtualenv
$ virtualenv -p python3 venv

操作截图如下:

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进入虚拟环境,安装 Django2 的最终版本 2.2.9 :

$ source venv/bin/activate
$ pip install django==2.2.9
$ pip freeze | grep -i django

操作截图如下:

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如上图所示,终端执行 pip freeze 命令可以查看虚拟环境中安装了哪些工具包及其对应的版本号。

Django 已经安装完毕,它存在于虚拟环境 venv 中。此外我们还要安装一些其它的基础工具包,先安装 ipython 和 mysqlclient 这两个,其它的在需要时再进行安装:

$ pip install ipython mysqlclient

安装完毕,最好要再次执行一次进入虚拟环境的命令,以激活这些新安装的工具包。执行 pip freeze 可以查看已经安装的各种包及其依赖包:

$ source venv/bin/activate
$ pip freeze

操作截图如下:

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到此为止,准备工作已经做完。

总结

本节实验我们了解了什么是 BS 架构,以及为什么要使用架构,架构的作用是什么。此外我们学习了 MVT 模式的设计思路以及视图函数、模板、模型类之间的协调关系。最后了解了 Django 框架的核心功能和优势以及在实验环境中安装 Django 的操作。

下一节实验我们将学习使用 Django 创建一个 Web 项目。

篇幅有限,后续的课程内容,请在实验楼边敲代码边学习~

你将学到:

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