【Python FastAPI】一篇文章教你从零搭建自己的网站后台！(新手向)

教程说明

本教程利用Python异步编程方法，基于FastAPI和uvicorn库来快速搭建并运行网站后台。由于教程偏向于入门，所以我将介绍网站完整建立过程，并对每个可能的疑惑点进行详细解释；如果你已经有自己的服务器，并且掌握SSH和FTP的连接方法，可以直接跳转至第三步。

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一、准备工作

• 一个有公网IP的服务器
• 一个域名(可选)
• SSH终端: Xshell
• 文件传输: Xftp

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1.申请云服务器

根据业务需求的不同, 当然也可以选择租用国外vps，比如：

• 亚马逊：AWS云服务
• 微软： 云计算 Azure

​ 可能要绑定visa银行卡且收费较高，不过有免费试用额度, 访问外网资源速度很快；

当然也可选择国内云服务器，比如：

• 腾讯云：弹性云服务器-腾讯云
• 阿里云：云服务器ECS-阿里云

​ 注意: 国内服务器和域名都需要进行备案

由于作者刚好有阿里云的学生优惠, 在申请页面按照官方的引导进行身份认证, 于是拿到了一个月免费的服务器;

请注意：服务器的系统镜像请选择发行版Linux，比如Ubuntu、CentOS、Debian等，本教程服务器是阿里云的系统 (应该是从CentOS魔改来的)

2.申请自己的域名

由于阿里云学生申请域名首年一块钱，秉持白嫖到底的态度 我也申请了一个，暂且称为：mydomain.top

​ 在下单界面需要创建你的信息模版, 认证身份并进行备案，按照官方流程即可。

3.域名解析

当你创建好域名后，前往你的 域名控制台

在域名列表中，你会看到刚刚申请好的域名，此时点击 “解析” —> “新手引导” :

继续填写域名解析设置:

• 您的业务需求:

  这里是根据服务器公网IP来确定的，一般都是xxx.xxx.xxx.xxx格式，即IPv4地址；这里我们选择"解析到IPv4地址"就好；

• 请选择网站域名：

  如果选择设置@主机记录，则通过http://mydomain.top就能访问我们的网站;

  如果选择设置WWW主机记录，则通过http://www.mydomain.top才能访问网站;

  注: 设置成WWW的好处是便于我们后续添加子域名, 比如api.mydomain.top; 这里我们选择WWW记录

• 请输入网站IP:

  填入之前创建的服务器实例的公网IP就好了

解析设置成功后, 我们可以在cmd中ping一下我们的域名:

ping www.mydomain.top

如果像图中一样能够Ping得通, 就代表我们配置成功了!

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二、配置Xshell和Xftp

[Xshell和Xftp](家庭/学校免费 - NetSarang Website (xshell.com)) 这两个软件功能强大、简单易用，且都有家庭和学生免费许可证，比较适合本教程的使用。

Xshell功能: 通过SSH连接我们服务器的终端, 并执行相关命令
这里点击 “连接” 后，会提示你输入用户名和密码，这里根据你的云服务器的系统账号(一般是root) 和密码, 对应输入即可；出现SSH密钥确认界面时点击保存。

Xftp功能: 用于本地与远程服务器之间的文件传输, 可以直接复制粘贴文件
（这里填写的信息也与Xshell中一致）

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三、服务器环境配置

到这里为止, 我们已经成功申请了云服务器和域名, 配置好了Xshell与Xftp, 那么接下来开始配置我们的服务器环境。

查看系统python版本：

python --version

本教程使用的Python版本为3.9, 建议Python版本为3.7+

1.创建Python虚拟环境(可选)

教程所使用的FastAPI模块使用了很多Python3.7+的特性，而由于笔者的服务器自带Python3.6版本太低，直接重装可能影响其他系统程序正常工作，故准备建立一个miniconda的虚拟环境。

前往 miniconda主页 查看命令行安装方式：

接下来按照官方指引，在Xshell中依此执行下面命令：

# 在root/下新建"miniconda3"目录
mkdir -p ~/miniconda3

# 获取最新miniconda安装包
wget https://repo.anaconda.com/miniconda/Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh -O ~/miniconda3/miniconda.sh

# 执行安装
bash ~/miniconda3/miniconda.sh -b -u -p ~/miniconda3
# 删除安装包
rm -rf ~/miniconda3/miniconda.sh

等待终端完成miniconda的安装后, 执行下面命令初始化conda:

~/miniconda3/bin/conda init bash

接下来创建虚拟环境并命名为myenv, 同时安装Python3.9:

conda create --name myenv python=3.9

等待环境创建完毕, 我们启动这个虚拟环境:

conda activate myenv

此时我们的用户名前缀变成了"(myenv)", 这就代表虚拟环境启动成功了! 这个环境是独立于系统的Python环境的，我们可以在这个环境下安装所需的fastapi和uvicorn模块。

2.fastapi和uvicorn的安装

# 用conda安装
conda install fastapi
conda install uvicorn
# 或者pip安装
pip install fastapi
pip install uvicorn

三、开始编写网站后台

1. 我们在系统根目录/ 新建一个 mysite 目录, 用于存放我们的网站文件:

   mkdir /mysite

2. 在你自己的电脑里, 新建一个文件"server.py", 这将作为网站的后台 放在/mysite目录下;

3. 使用Vscode等代码编辑器打开"server.py"并导入我们需要用到的库，比如数据存储的json、异步操作的asyncio 和处理客户端请求的fastapi,以及运行ASGI应用程序的uvicorn：

   #encoding=utf-8
   import json
   import asyncio
   import uvicorn
   from fastapi import FastAPI, Request
   from fastapi.responses import JSONResponse
   app = FastAPI()	

提示:

• ASGI: 是一种异步 Web 服务器和应用程序之间通信的标准接口, fastapi和uvicorn都是基于此标准的模块;
• app: 我们用fastapi实际上是构建了一个ASGI 应用程序, 并将其部署在uvicorn上运行;

​ 注: 考虑到实际开发中网站需要能处理并发的请求, 故我们将采用异步的方式编写后台程序。

4. 编写处理”GET“请求的函数

   # 处理GET请求
   @app.get("/")
   async def read_root():
   # 读取本目录下的"data.json"文件,将内容返回给客户端
       with open("./data.json", "r", encoding="utf-8") as f:
           data = json.load(f)
       return data

提示:

• @app.get("/")：是一个Python中的修饰器， 用于捕获对server.py所在路径的GET请求；换言之，read_root()这个函数就与路径 /mysite 绑定在一起了，任何GET请求都会经过这个函数的处理。在这里我们简单实现了一个读取服务器资源并返回给客户端的方法。
• async: 是python的关键词, 标识read_root是一个异步方法。

5. 编写处理“POST”请求的函数

   这里简单实现了一个json文件上传功能。

   # 处理POST请求
   @app.post("/")
   async def save_data(data: dict):
   # 将客户端发送的内容存储到本目录下，并向客户端发送一条消息
       with open("./data.json", "w", encoding="utf-8") as f:
           json.dump(data, f)
       return {"message": "Data received and saved successfully"}

​ 注: Fastapi支持的请求方法不只GET和POST, 还有PUT,DELETE等, 实现原理相似, 这里就不给出具体方法了。

6. 最后添加程序入口，并设置监听服务器本地的8000端口：

   if __name__ == "__main__":
       uvicorn.run(app, host="0.0.0.0", port=8000)
   

7. 到这一步,我们的网站后台就写好了, 只需用Xftp将server.py上传至服务器的/mysite目录下即可:

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四、为服务器配置Nginx代理

我们知道：http协议走80端口，而https走443端口，但我们的网站后台只监听8000端口；为了将其他端口的请求转发到8000端口上, 我们还需要配置Nginx进行反向代理。

1. 安装nginx

   # Ubuntu
   sudo apt update
   sudo apt install nginx
   # CentOS
   sudo yum update
   sudo yum install nginx
   
   #验证是否安装成功
   nginx -v

2. 使用文本编辑器如vim，打开/etc/nginx/nginx.conf:

   sudo vim /etc/nginx/nginx.conf

3. 找到文件内的server块, 并添加location/字段，完成后如下:

   server {
       listen 80;
       listen [::]:80;
       server_name _;
       root /usr/share/nginx/html;
   
       # Load configuration files for the default server block.
       include /etc/nginx/default.d/*.conf;
   
       error_page 404 /404.html;
       location = /40x.html {
       }
   
       error_page 500 502 503 504 /50x.html;
       location = /50x.html {
       }
       
       location / {
           proxy_pass http://localhost:8000;
           proxy_set_header Host $host;
           proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
           proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
       }
   }
   

   • proxy_pass 选项用于转发请求至本地的8000端口, 要与我们在server.py中填写的端口一致;

   注意: 点击键盘的"Insert键才能开始编辑文件;完成后点"ESC"键退出编辑模式，然后按":“键输入"wq”，回车后保存并退出文件。

4. 回到终端界面, 我们来启动nginx :

   # 测试 Nginx 配置是否有误
   sudo nginx -t
   # 启动nginx服务
   sudo systemctl start nginx

5. 最关键的一步——在终端使用uvicorn启动我们的网站后台,设置监听8000端口:

   # 切换到/mysite路径下
   cd /mysite
   # 启动网站后台
   uvicorn server:app --host 0.0.0.0 --port 8000

这里的`server:app`其实就是代指我们在`server.py`内定义的`app`程序。

当出现下图时就代表网站后台成功启动了 !

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五、网站连通性测试

1. 我们在自己电脑新建一个"client.py",导入requests库进行测试:

   #encoding=utf-8
   import requests
   
   data = {"message":"success"}
   url = "http://www.mydomain.top"
   
   # 向网站发送一个POST请求
   r = requests.post(url,data) 
   print(r.json())
   # 输出: {"message": "Data received and saved successfully"}
   
   # 向网站发送一个GET请求
   r = requests.get(url)
   print(r.json())
   # 输出: {"message":"success"}

2. 在浏览器地址栏填入"http://www.mydomain.top",检查是否能打开;

   注意: 如果在国内服务器上搭建了网站, 还需要进行ICP备案

   在服务器端会记录到我们刚刚请求的消息,若出现200 OK字样就代表客户端访问成功了! !
   

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后记——为server.py添加中间件

其实到这里，我们的所有工作都差不多完成了。不过我突然想到, 要是在某段时间内出现大量异常请求怎么办呢? 为了保证网站正常运行, 我决定为server.py添加新功能——增加一个预处理请求的中间件，对IP在一段时间内的访问次数进行限制。

思路：用异步方法实现一个非阻塞计时器，并在达到阈值时对已保存的IP字典进行清除

代码如下：

app = FastAPI()
# 记录IP访问次数的字典
ip_access_count = {}
# 异步任务，用于定期重置IP访问次数
async def reset_ip_access_count():
    while True:
        await asyncio.sleep(3600)  # 设置每小时清除一次
        ip_access_count.clear()
        
# 启动重置IP访问次数的异步任务，添加一个协程
asyncio.create_task(reset_ip_access_count())

# 处理IP限制中间件
@app.middleware("http")
async def ip_limit_middleware(request: Request, call_next):
    client_ip = request.client.host  # 获取请求IP
    # 在IP字典中将该IP访问次数+1
    ip_access_count[client_ip] = ip_access_count.get(client_ip, 0) + 1
    if ip_access_count[client_ip] > 100:  # 当该IP请求次数大于设定阈值时返回403
            return JSONResponse(status_code=403, content={"msg": "Access denied for this IP"})
    response = await call_next(request)  # 将请求交给后面处理(这是Fastapi内置方法)
    return response

可以看到我们的拦截是有效的 !

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完整代码

import json
import asyncio
import uvicorn
from fastapi import FastAPI, Request
from fastapi.responses import JSONResponse

app = FastAPI()
# 记录IP访问次数的字典
ip_access_count = {}

# 异步任务，用于定期重置IP访问次数
async def reset_ip_access_count():
    while True:
        await asyncio.sleep(10)
        ip_access_count.clear()

# 启动重置IP访问次数的异步任务
asyncio.create_task(reset_ip_access_count())

# 处理IP限制中间件
@app.middleware("http")
async def ip_limit_middleware(request: Request, call_next):
    client_ip = request.client.host  # 获取请求IP
    # 在IP字典中将该IP访问次数+1
    ip_access_count[client_ip] = ip_access_count.get(client_ip, 0) + 1
    if ip_access_count[client_ip] > 100:  # 当该IP请求次数大于设定阈值时返回403
            return JSONResponse(status_code=403, content={"msg": "Access denied for this IP"})
    response = await call_next(request)  # 将请求交给后面处理(这是Fastapi内置方法)
    return response

# 处理GET请求
@app.get("/")
async def read_root():
    with open("./data.json", "r", encoding="utf-8") as f:
        data = json.load(f)
    return data

# 处理POST请求
@app.post("/")
async def save_data(data: dict):
    with open("./data.json", "w", encoding="utf-8") as f:
        json.dump(data, f)
    return {"message": "Data received and saved successfully"}


if __name__ == "__main__":
    uvicorn.run(app, host="0.0.0.0", port=8000)

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