IOS开发笔记（六）——服务端技术介绍，IM业务系统设计，Django后台搭建过程

中山大学数据科学与计算机学院本科生实验报告

（2019年春季学期）

课程名称	IOS开发	任课老师	郑贵锋
年级	16	专业（方向）	软件工程（计算机应用方向）
学号	16340132	姓名	梁颖霖
电话	13680473185	Email	[email protected]
开始日期	2019/4/21	完成日期	2019/4/24

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一、实验题目

服务端技术介绍

IM业务系统设计

Django

二、实现内容

• 总结服务端技术
• 总结IM业务系统设计的要点
• Django入门教程

三、实验结果

A. 服务端技术介绍

解决什么问题？

数据

• 存储：⽤户资料 / 商品 / ⽂章 / 图⽚ / 视频
• 传输：消息投递 / 转账 / 上传 / 下载

计算

• 数据计算：地图导航 / 搜索 / 信息流推荐
• 提供算力：语⾳合成 / 语⾳实时转写 / 图像内容识别

技术栈

接入层

• 反向代理请求
  • nginx
• 负载均衡
  • 轮询/随机/权重
  • hash/一致性hash

逻辑层

• 根据业务逻辑，处理用户请求，得到结果

设计模式

• 单体式服务
  • 所有的业务逻辑都集中在一个代码仓库，一个进程
  • 优点
    • 简单，适合协作人数少，功能较少
    • 维护/更新方便
  • 缺点
    • 难以支持高复杂度系统
• 微服务
  • 业务逻辑按功能或类型作划分，分别部署多个服务，使用网络通信交换数据
  • 优点
    • 多人团队协作成本较低
    • 功能复用，系统解耦，故障隔离
  • 缺点
    • 影响性能，系统复杂度高
    • 对网络，基础框架要求更高

存储层

数据的存储/转发/查找

常用的存储

• sql类关系型存储
• NoSQL类Key-Value存储
• 分布式文件系统
• 队列存储

常用技术名词

RPC 远程过程调用

• 封装网络收发/传输协议
• 专注业务逻辑开发
• gRPC / bRPC / thrift

非关系型数据库

简单、性能高、横向扩展性高

• Redis
• memcached
• MongoDB

关系型数据库

支持复杂的数据关系存储和查询

• Mysql

消息队列

解耦业务逻辑，削峰限流

抢红包业务，并发性高

• Kafka
• RabbitMQ
• ZeroMQ

B. 业务系统设计——设计一个im服务

考虑的问题

• 账户 / 消息 / 关系链 存储选型
• 消息模型： 读扩散 / 写扩散
• 消息收发逻辑
• 新消息推送

整体框架

存储转发

利用序号

发消息逻辑

1. 发送消息请求
2. 检查账户
3. 检查关系链
   • 好友
   • 群聊
   • 陌生人
4. 将消息写入接受者的收件箱
5. 发送新消息通知

收消息逻辑

1. 接受新消息通知
2. 发起收消息请求
3. 检查账户
4. 根据消息编写，读取未收下的消息

扩展：群聊

写扩散，消息投递队列（延时

小群大群 （优先级

消息的分级 例如红包 （优先级

C. Django学习之路

这周就进入正式的开发环节，我们小组想要完成的是一个IM聊天工具，该应用需要较多的逻辑与服务器打交道，所以我们小组在最初期分配了两个同学来做服务器，两个同学先做前端页面的基础展示。

这里，经过我们小组的协商，我们打算用Django来进行这次后台开发的工具，所以在本周就学习一下Django这门技术，并尝试先定义几个简单的api接口提供使用。

一. 初识Django

Django 无需数据库就可以使用，它提供了对象关系映射器，通过此技术，我可以使用 Python 代码来描述数据库结构，这解决了数年以来在数据库模式中的难题。

1. 声明对象，保存数据

这里有一个简单的例子，说明Django如何描述数据库结构的。

from django.db import models

class Reporter(models.Model):
    full_name = models.CharField(max_length=70)

    def __str__(self):
        return self.full_name

class Article(models.Model):
    pub_date = models.DateField()
    headline = models.CharField(max_length=200)
    content = models.TextField()
    reporter = models.ForeignKey(Reporter, on_delete=models.CASCADE)

    def __str__(self):
        return self.headline

分析：这里声明了两个表Reporter与Article，利用models.charField表明该变量是一个字符串类型，DateField表明该变量是一个日期类型，TextField表明该变量是一个文本类型，ForeignKey表明该变量是一个外键，并填入参数Reporter是它的外键变量，删除的模式是models.CASCADE，连带删除。

2.创建数据库表

运行 Django 命令行工具来创建数据库表：

$ python manage.py migrate

这个 migrate 命令查找你所有可用的模型并将在数据库中创建那些不存在的表。

3. 对于数据库表的增删查改操作

接下来，直接使用便捷而丰富的api来访问之前的数据，这些API是即时创建的，而不用显示的生成代码

• 导入刚才声明的两个表

>>> from news.models import Article, Reporter

• 访问表中的数据，由于还没有插入，故现在会显示为空

>>> Reporter.objects.all()
<QuerySet []>

• 向Reporter表中插入一个条目

>>> r = Reporter(full_name='John Smith')
>>> r.save()

• 再次查看表格中的数据

>>> Reporter.objects.all()
<QuerySet [<Reporter: John Smith>]>

• 通过多种api查找表格，如属性的开始字符，属性包含，条目的id等

>>> Reporter.objects.get(id=1)
<Reporter: John Smith>
  
>>> Reporter.objects.get(full_name__startswith='John')
<Reporter: John Smith>
  
>>> Reporter.objects.get(full_name__contains='mith')
<Reporter: John Smith>

• 向Article插入一个条目，其中日期属性使用datetime模块，外键reporter为上面已插入的r

>>> from datetime import date
>>> a = Article(pub_date=date.today(), headline='Django is 
                cool',content='Yeah.',reporter=r)
>>> a.save()

• 查看Article表

>>> Article.objects.all()
<QuerySet [<Article: Django is cool>]>

• 通过a来访问它外键的属性

>>> r = a.reporter
>>> r.full_name
'John Smith'

• 同样r也可以访问到a

>>> r.article_set.all()
<QuerySet [<Article: Django is cool>]>

• 利用filter过滤器来查找表中的条目，这里查找reporter外键的full_name字段开始于’John’的Article

>>> Article.objects.filter(reporter__full_name__startswith='John')
<QuerySet [<Article: Django is cool>]>

• 修改属性的值，记得使用save()来保存生效

>>> r.full_name = 'Billy Goat'
>>> r.save()

• 删除这个对象

>>> r.delete()

4. 动态管理接口

当你的模型完成定义，Django 就会自动生成一个专业的生产级管理接口 ——一个允许认证用户添加、更改和删除对象的 Web 站点。你只需简单的在 admin 站点上注册你的模型即可：

from django.contrib import admin

from . import models

admin.site.register(models.Article)

创建 Django 应用的典型流程是，先建立数据模型，然后搭建管理站点，之后你的员工（或者客户）就可以向网站里填充数据了。

5. 规划URLs

为了设计你自己的URLconf ，你需要创建一个叫做 URLconf 的 Python 模块。这是网站的目录，它包含了一张 URL 和 Python 回调函数之间的映射表。URLconf 也有利于将 Python 代码与 URL 进行解耦。

from django.urls import path

from . import views

urlpatterns = [
    path('articles//', views.year_archive),
    path('articles///', views.month_archive),
    path('articles////', views.article_detail),
]

上述代码将 URL 路径映射到了 Python 回调函数（“视图”）。路径字符串使用参数标签从URL中“捕获”相应值。当用户请求页面时，Django 依次遍历路径，直至初次匹配到了请求的 URL。(如果无匹配项，Django 会调用 404 视图。) 这个过程非常快，因为路径在加载时就编译成了正则表达式。

一旦有 URL 路径匹配成功，Django 会调用相应的视图函数。每个视图函数会接受一个请求对象——包含请求元信息——以及在匹配式中获取的参数值。

例如，当用户请求了这样的 URL “/articles/2005/05/39323/”，Django 会调用 news.views.article_detail(request, year=2005, month=5, pk=39323)。

6. 初始化创建project

$ django-admin startproject mysite

文件目录如下：

mysite/
    manage.py
    mysite/
        __init__.py
        settings.py
        urls.py
        wsgi.py

这些目录和文件的用处是：

• 最外层的:file: mysite/ 根目录只是你项目的容器， Django 不关心它的名字，你可以将它重命名为任何你喜欢的名字。
• manage.py: 一个让你用各种方式管理 Django 项目的命令行工具。
• 里面一层的 mysite/ 目录包含你的项目，它是一个纯 Python 包。它的名字就是当你引用它内部任何东西时需要用到的 Python 包名。 (比如 mysite.urls).
• mysite/__init__.py：一个空文件，告诉 Python 这个目录应该被认为是一个 Python 包。
• mysite/settings.py：Django 项目的配置文件。
• mysite/urls.py：Django 项目的 URL 声明，就像你网站的“目录”。
• mysite/wsgi.py：作为你的项目的运行在 WSGI 兼容的Web服务器上的入口。

运行

$ python manage.py runserver

在浏览器打开http://127.0.0.1:8000/即可看到运行页面，此时表明开发环境已经搭建完毕。

7. Helloworld Demo实现

处于 manage.py 所在的目录下，然后运行这行命令来创建一个应用：

$ python manage.py startapp polls

在 Django 中，每一个应用都是一个 Python 包，并且遵循着相同的约定。Django 自带一个工具，可以帮你生成应用的基础目录结构.你的应用可以存放在任何Python path中定义的路径。

• 编写视图：

打开 polls/views.py，把下面这些 Python 代码输入进去：

from django.http import HttpResponse

def index(request):
    return HttpResponse("Hello, world. You're at the polls index.")

• 添加url映射

如果想看见效果，我们需要将一个 URL 映射到它——这就是我们需要 URLconf 的原因了。为了创建 URLconf，请在 polls 目录里新建一个 urls.py 文件。

在 polls/urls.py 中，输入如下代码：

from django.urls import path

from . import views

urlpatterns = [
    path('', views.index, name='index'),
]

• 将polls模块的映射传回我们的主模块当中

在根 URLconf 文件中指定我们创建的 polls.urls 模块。在 mysite/urls.py 文件的 urlpatterns 列表里插入一个 include()， 如下:

from django.contrib import admin
from django.urls import include, path

urlpatterns = [
    path('polls/', include('polls.urls')),
    path('admin/', admin.site.urls),
]

访问页面http://127.0.0.1:8000/polls即可显示

注意后缀，因为我们设定的url是polls/

实现结果：

四、实验思考及感想

​ 这周讲的是关于IOS服务器开发相关内容，一个好的IOS应用或者其他应用都离不开对服务器的访问，用作数据访问或者数据计算等。我们小组要做的是一个IM聊天工具，肯定也就离不开后台API的设计，所以这一节课也是十分重要的。经过组内的协商，我们打算用Djungo来进行后台开发，这个框架能简单的处理数据访问，加之用python语言来编写，代码量也不会太大，能把重点放回在IOS开发上。

​ 这周我的工作就是在学习这个Djungo，写出几个简单的api，在IOS之前实验写过的网络访问来进行测试，能成功get或者post到服务器的信息，证明基本的开发环境已经配置成功了。下一步要做的就是跟组内多讨论一下接口的详情，先把基本的数据库表商量出来。

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