第十二章创建API

在上一章里，创建了一个学生注册系统和选课系统。然后创建了展示课程内容的视图，以及学习了如何使用Django缓存框架。在这一章里有如下内容：

建立RESTful API

管理API视图的认证与权限

建立API视图集和路由

1创建RESTful API

你可能会想建立一个接口（API），让其他应用程序和我们的网站进行交互。通过建立一个API，就可以让第三方应用程序自动化的操作和消费我们网站生产的数据。

译者注:使用API而不是模板渲染与前端进行交互，这就是前后端分离的思路。仅使用Django来进行Web开发的话前后端分离并不明显。读者在未来的Web开发中接触到前端框架就会对此有更深的了解。

有很多种方式可以建立这样一个API，推荐根据REST原则来建立这样一个API。REST是Representational State Transfer的简称。RESTful API是基于资源的，即URL用于表示网站所有的资源，HTTP的请求种类比如GET,POST,PUT或DELETE表示对应的行为，即获取，创建，更新和删除数据。不同的HTTP响应码表示这次动作的完成结果，例如2XX表示该操作成功，4XX表示错误等。

RESTful API常用的数据交换格式是JSON或者XML，我们准备建立一个使用JSON进行数据交换的API。我们的API会提供以下功能：

获取主题

获取可用的课程

获取课程内容

在一个课程中注册

我们可以从0开始写视图来建立该API，也可以通过第三方应用简单的为项目建立API，在这方面最出名的第三方应用就是Django REST framework。

1.1安装Django REST framework

Django REST framework可以让你简单地创建符合REST风格的API，其官方网站是https://www.django-rest-framework.org/。

打开系统命令行输入如下命令：

Copypip install djangorestframework==3.8.2

然后编辑settings.py激活rest_framework应用：

CopyINSTALLED_APPS = [
    # ...'rest_framework',
]

再在settings.py中加入如下设置：

CopyREST_FRAMEWORK = {
    'DEFAULT_PERMISSION_CLASSES': [
        'rest_framework.permissions.DjangoModelPermissionsOrAnonReadOnly',
    ]
}

原书代码这里少了一个左方括号。

REST_FRAMEWORK用于具体设置该模块。REST framework提供了很多设置：DEFAULT_PERMISSION_CLASSES提供了对于增删改查行为的默认权限。我们设置了DjangoModelPermissionsOrAnonReadOnly作为唯一默认的权限类。

这个权限类依赖于Django的权限系统，让用户可以增删改查数据对象，同时让未登录用户只能进行只读操作。在下边的向视图增加权限一节中还会详细学习这部分功能。

Django REST 框架的全部设置可以在https://www.django-rest-framework.org/api-guide/settings/找到。

1.2设置序列化器

在设置好框架后，还需要确定使用的序列化器。网站对外提供的数据应当是经过序列化的标准数据，同时还需要对外界输入的数据进行反序列化。REST框架提供了下列类用于对一个单独对象设置序列化器：

Serializer：为普通的Python类实例提供序列化

ModelSerializer：为数据模型的实例提供序列化

HyperlinkedModelSerializer：与ModelSerializer的功能相同，但可以通过超链接来表示对象之间的关系，而不是通过主键关联。

让我们来实际建立一个序列化器。在courses应用中建立如下文件结构：

Copyapi/
    __init__.py
    serializers.py

我们创建了一个叫做api的包，然后打算在这个包里建立序列化器。编辑serializers.py文件，添加下列代码：

Copyfrom rest_framework import serializers
from ..models import Subject

classSubjectSerializer(serializers.ModelSerializer):
    classMeta:
        model = Subject
        fields = ['id', 'title', 'slug']

这是继承了ModelSerializer类的，专门用于Subject模型的序列化器。定义序列化器的类使用起来和Form以及ModelForm类很类似：Meta内的属性允许指定要序列化的类及字段。如果不设置具体的fields属性，则默认会包含该模型的全部字段。

来实验一下这个序列化器，进入带有Django环境的Python命令行模式：

Copypython manage.py shell

输入以下命令：

Copy>>> from courses.models import Subject
>>> from courses.api.serializers import SubjectSerializer
>>> subject = Subject.objects.latest('id')
>>> serializer = SubjectSerializer(subject)
>>> serializer.data
{'id': 4, 'title': 'Programming', 'slug': 'programming'}

在这个例子里，先获取了一个Subject实例，然后创建了一个序列化器的实例SubjectSerializer并访问序列化之后的数据，可以看到模型的数据被序列化成了Python原生的字典类型数据。

1.3理解解析器（parser）与渲染器（renderer）

序列化的结果在通过HTTP响应返回之前，必须被渲染成为一个特殊的格式。同样，在从HTTP请求中获取数据的时候，也必须解析数据然后反序列化。REST框架包含了渲染器和解析器用于处理这些过程。

先来看看如何解析数据，在Python命令行模式中输入下列命令：

Copy>>> from io import BytesIO
>>> from rest_framework.parsers import JSONParser
>>> data = b'{"id":4,"title":"Programming","slug":"programming"}'>>> JSONParser().parse(BytesIO(data))
{'id': 4, 'title': 'Programming', 'slug': 'programming'}

可以看到，给定一个二进制字节流形式的JSON字符串，使用JSONParser可以将其反序列化为Python的数据对象。

REST框架还包含渲染器Renderer类用于格式化API的响应。框架通过上下文内容协商机制来确定使用哪种渲染器，即渲染器会通过HTTP请求的Accept头部字段来确定这个请求所需要的内容类型来进行判断。还可以通过URL的格式化的前缀来判断，例如，一个请求返回JSON格式响应的访问可能会触发JSONRenderer渲染器。

再回到Python命令行模式中，在刚才的代码的基础上继续执行下列代码：

Copy>>> from rest_framework.renderers import JSONRenderer
>>> JSONRenderer().render(serializer.data)
b'{"id":4,"title":"Programming","slug":"programming"}'

使用JSONRenderer可以将Python数据对象渲染成JSON字符串。REST框架提供了两个不同的渲染器：JSONRenderer和BrowsableAPIRenderer。后者提供了一个浏览API返回数据的web界面。可以在settings.py的REST_FRAMEWORK设置中的DEFAULT_RENDERER_CLASSES选项中设置默认的渲染器。

关于渲染器和解析器的更多说明可以看https://www.django-rest-framework.org/api-guide/renderers/和https://www.django-rest-framework.org/api-guide/parsers/。

1.4创建列表和详情视图

REST框架包含一系列内置的通用视图和mixins用于建立API视图，提供了增删改查数据模型对象的功能。关于所有的通用视图和mixin可以看https://www.django-rest-framework.org/api-guide/generic-views/。

现在来建立一个获取Subject对象的视图，在courses/api/目录内新建views.py文件，在其中增加下列代码：

Copyfrom rest_framework import generics
from ..models import Subject
from .serializers import SubjectSerializer

classSubjectListView(generics.ListAPIView):
    queryset = Subject.objects.all()
    serializer_class = SubjectSerializer

classSubjectDetailView(generics.RetrieveAPIView):
    queryset = Subject.objects.all()
    serializer_class = SubjectSerializer

在这段代码中，使用了REST框架提供的ListAPIView和RetrieveAPIView两个内置视图，在URL中包含一个主键参数，用于获取具体的数据对象。两个视图都有下列属性：

queryset：基础的QuerySet，用于返回数据

serializer_class：序列化器对象，指定要使用的序列化器

接下来为新的视图配置URL，在courses/api/下新建urls.py文件，然后编辑其中的内容：

Copyfrom django.urls import path
from . import views

app_name = 'courses'

urlpatterns = [
    path('subjects/', views.SubjectListView.as_view(), name='subject_list'),
    path('subjects/<pk>/', views.SubjectDetailView.as_view(), name='subject_detail'),
]

然后编辑educa项目的根urls.py，加上一行：

Copyurlpatterns = [
    # ......
    path('api/', include('courses.api.urls', namespace='api')),
]

我们为API视图使用了api路由命名空间。启动站点，使用curl命令访问http://127.0.0.1:8000/api/subjects/：

Copycurl http://127.0.0.1:8000/api/subjects/

会得到和下边很相似的响应：

Copy[
    {"id":1,"title":"Mathematics","slug":"mathematics"},
    {"id":2,"title":"Music","slug":"music"},
    {"id":3,"title":"Physics","slug":"physics"},
    {"id":4,"title":"Programming","slug":"programming"}
]

这个HTTP响应包含一系列JSON格式的字符串，其内容是序列化后的所有Subject模型中的数据，包含指定的三个字段。如果系统中没有安装curl，可以通过 https://curl.haxx.se/dlwiz/ 进行安装。也可以通过其他浏览器扩展比如Postman，在https://www.getpostman.com/进行安装。

现在不使用curl，而是直接在浏览器中打开http://127.0.0.1:8000/api/subjects/，会看到如下页面：

这个界面就是由之前提到的BrowsableAPIRenderer渲染器提供的。页面内显示了结果的头部信息及API的返回信息。还可以通过在URL中包含具体的ID来获取一个Subject对象，访问http://127.0.0.1:8000/api/subjects/1/，可以发现页面只展示了一个单独的JSON格式的对象数据。

1.5创建嵌套的序列化器

我们再为Course模型创建一个序列化器，打开courses/api/serializers.py继续编辑：

Copyfrom ..models import Course

classCourseSerializer(serializers.ModelSerializer):
    classMeta:
        model = Course
        fields = ['id', 'subject', 'title', 'slug', 'overview', 'created', 'owner', 'modules']

之后看一下Course序列化器是如何工作的，进入Python命令行模式输入下列命令：

Copy>>> from rest_framework.renderers import JSONRenderer
>>> from courses.models import Course
>>> from courses.api.serializers import CourseSerializer
>>> course = Course.objects.latest('id')
>>> serializer = CourseSerializer(course)
>>> JSONRenderer().render(serializer.data)

这个时候可以看到查询结果里，该课程包含的模块是一个主键列表的形式，类似这样：

Copy"modules": [6, 7, 9, 10]

这样的数据意义不大，我们想在结果里包含每个Module的更多信息，所以还必须给Module模型也制作一个序列化器，编辑serializers.py，修改成如下：

Copyfrom rest_framework import serializers
from ..models import Module

classModuleSerializer(serializers.ModelSerializer):
    classMeta:
        model = Module
        fields = ['order','title','description']

classCourseSerializer(serializers.ModelSerializer):
    modules = ModuleSerializer(many=True, read_only=True)
    classMeta:
        model = Course
        fields = ['id', 'subject', 'title', 'slug', 'overview', 'created', 'owner', 'modules']

首先为Module模型制作了一个序列化器，然后给CourseSerializer增加了一个modules属性，设置为Module类的序列化器，many=True表示需要序列化多个对象，read_only参数表示这个字段是只读的，不应该被包含在任何需要进行增删改的字段中。

重新启动Python命令行模式，再执行一遍上边Python命令行代码，使用JSONRenderer渲染序列化器实例的data属性，可以看到结果中关于modules的部分被嵌套的ModuleSerializer序列化成下面这样：

Copy"modules": [
    {
        "order": 0,
        "title": "Introduction to overview",
        "description": "A brief overview about the Web Framework."
    },
    {
        "order": 1,
        "title": "Configuring Django",
        "description": "How to install Django."
    },
    ...
]

这样就完成了嵌套序列化的工作，关于序列化器的更多信息可以看https://www.django-rest-framework.org/api-guide/serializers/。

1.6创建自定义API视图

REST框架提供了一个APIView视图，基于Django内置的View视图基础上增加了RESTful API的功能，但与View不同的是，APIView采用了REST框架自定义的处理Request和Response对象的方法，并且在返回HTTP响应的时候处理APIException错误，而且还包含内建的认证系统来管理对视图的访问。

下边通过APIView来创建一个视图供用户选课，编辑courses应用的api/views.py文件，增加如下代码：

Copyfrom django.shortcuts import get_object_or_404
from rest_framework.views import APIView
from rest_framework.response import Response
from ..models import Course

classCourseEnrollView(APIView):
    defpost(self, request, pk, format=None):
        course = get_object_or_404(Course, pk=pk)
        course.students.add(request.user)
        return Response({'enrolled': True})

这个CourseEnrollView视图管理用户选课的功能。代码解释如下:

创建一个视图继承APIView

在其中定义了post()方法用于处理POST请求，这个类不需要处理其他类型的HTTP请求。

这个类需要接收一个pk参数，为课程的主键id，用于取得该课程对象。如果找不到就返回404错误。

添加当前用户与Course对象的多对多关系，即选课。

编辑api/urls.py文件，为新的视图配置URL：

Copypath('courses/<pk>/enroll/', views.CourseEnrollView.as_view(), name='course_enroll'),

现在理论上我们就可以发送一个POST请求来选课，而无需在页面中点击按钮。然而这么做需要区分用户身份，避免未认证的用户也来发送POST请求。下一节来看看API认证与权限管理是如何工作的。

1.7处理身份认证

REST框架提供了一个认证类，用于鉴别提交HTTP请求的用户身份。如果认证通过，REST框架会在request.user中设置认证后的User对象，如果没有用户通过认证，则request被设置一个Django内置的AnonymousUser对象。

REST框架提供如下的认证后端：

BasicAuthentication：这是基础的HTTP认证（BA认证），用户和密码存放在HTTP请求头的Authorization头部数据中，以Base64格式发送。关于BA认证的具体内容看这里。

TokenAuthentication：这是基于token的认证，一个Token模型用于存放用户的token，HTTP请求头中的Authorization信息中存储token数据用于验证。

SessionAuthentication：使用Django的session后端进行验证，对于前端发来的AJAX请求一般使用该方式验证。

RemoteUserAuthentication：允许使用web服务器代理认证，会设置一个REMOTE_USER变量。

除此之外，还可以继承REST框架提供的BaseAuthentication类并且重写authenticate()方法来创建自定义的验证后端。

通过DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES还可以设置认证是基于每个视图的，还是全局认证。

认证（Authentication）只解决用户身份的问题，即识别发请求的用户身份，但不会允许或阻止用户访问视图，必须通过设置用户权限来限制访问视图。

在https://www.django-rest-framework.org/api-guide/authentication/可以找到所有认证相关的文档。

在视图中增加BasicAuthentication类，编辑api/views.py文件，为CourseEnrollView添加一行：

Copyfrom rest_framework.authentication import BasicAuthentication

classCourseEnrollView(APIView):
    authentication_classes = (BasicAuthentication,)
    # ......

现在视图就可以通过HTTP请求头的Authorization头部信息进行用户身份认证了。

1.8为视图增加权限控制

REST框架提供了一个权限系统用于控制对视图的访问。REST框架内建的部分权限有：

AllowAny：完全开放权限，不管用户认证与否，都不做任何限制

IsAuthenticated：仅允许通过认证的用户

IsAuthenticatedOrReadOnly：认证用户具有完整权限，匿名用户只读（只能使用GET，HEAD，OPTIONS三种HTTP请求种类）。

DjangoModelPermissions：使用django.contrib.auth的权限管理系统。视图需要一个queryset属性，只有认证的用户加上具备访问某个数据类的权限才能够进行操作

DjangoObjectPermissions：也使用Django权限，是基于每个对象的单独权限设置。

如果用户因为权限问题操作失败，则通常会得到下列HTTP响应码和错误信息：

HTTP 401: Unauthorized

HTTP 403：Permission denied

可以在https://www.django-rest-framework.org/api-guide/permissions/中找到更多关于权限的信息。

继续编辑api/views.py文件，为CourseEnrollView添加一个属性permission_classes：

Copyfrom rest_framework.authentication import BasicAuthentication
from rest_framework.permissions import IsAuthenticated

classCourseEnrollView(APIView):
    authentication_classes = (BasicAuthentication,)
    permission_classes = (IsAuthenticated,)
    # ......

我们为视图加上了IsAuthenticated权限，意味着只有认证用户可以访问该视图。现在可以尝试给这个视图发一个POST请求。

启动站点，然后在系统命令行里输入下列命令：

Copycurl -i -X POST http://127.0.0.1:8000/api/courses/1/enroll/

应该会得到下列响应：

CopyHTTP/1.1401 Unauthorized
......
{"detail":"Authentication credentials were not provided."}

结果得到了401响应，因为我们没有认证过。现在我们为请求头增加一个已经注册的用户的认证信息，将下列代码中的student:password替换成你网站中的实际用户名和密码，然后执行命令：

Copycurl -i -X POST -u student:password http://127.0.0.1:8000/api/courses/1/enroll/

会得到如下响应：

CopyHTTP/1.1 200 OK
......
{"enrolled":true}

现在可以到管理后台查看数据库是否已经更新了该用户选课的数据。

1.9创建视图集和路由

视图集Viewsets允许对API定义一系列的交互动作，并允许REST框架使用一个Router对象动态的建立URL。通过使用视图集，可以避免重复编写视图逻辑。REST框架中的视图集涵盖的经典的增删改查动作，包括list(), create(), retrieve(), update(), partial_update(), 和 destroy()。

为Course模型创建一个视图集，编辑api/views.py文件，增加如下代码：

Copyfrom rest_framework import viewsets
from .serializers import CourseSerializer

classCourseViewSet(viewsets.ReadOnlyModelViewSet):
    queryset = Course.objects.all()
    serializer_class = CourseSerializer

创建了一个视图集并继承了ReadOnlyModelViewSet，ReadOnlyModelViewSet提供了只读的list()和retrieve()方法，可以返回一个对象集合或者单个对象。编辑api/urls.py，为视图集配置URL：

Copyfrom django.urls import path, include
from rest_framework import routers
from . import views

router = routers.DefaultRouter()
router.register('courses', views.CourseViewSet)

urlpatterns = [
    # ......
    path('', include(router.urls)),
]

建立了一个默认的路由对象DefaultRouter()，然后将CourseViewSet视图注册到路由中，使用了前缀courses，现在这个router对象就可以为视图集动态的生成URL。

打开http://127.0.0.1:8000/api/，可以看到如下页面：

这个时候可以访问http://127.0.0.1:8000/api/courses/，就可以得到JSON格式的课程列表。这个路径中的/courses/就是注册路由的时候使用的前缀courses。

视图集的详细使用可以看 https://www.django-rest-framework.org/api-guide/viewsets/，路由的使用方法可以参考https://www.django-rest-framework.org/api-guide/routers/。

1.10为视图集添加额外功能

可以为视图集添加额外功能。让我们来把CourseEnrollView变成一个自定义的视图集。编辑api/views.py文件，修改CourseViewSet为下面这样：

Copyfrom rest_framework.decorators import detail_route

classCourseViewSet(viewsets.ReadOnlyModelViewSet):
    queryset = Course.objects.all()
    serializer_class = CourseSerializer

    @detail_route(methods=['post'], authentication_classes=[BasicAuthentication], permission_classes=[IsAuthenticated])defenroll(self, request, *args, kwargs):
        course = self.get_object()
        course.students.add(request.user)
        return Response({'enrolled': True})

为视图集增加了一个自定义的方法enroll()，代表为视图集增加的新功能，解释如下：

使用detail_router装饰器（该装饰器已经被Pycharm提醒要被删除，未来改用@action装饰器），定义了这是一个在单个对象上执行的功能。

这个装饰器同时还允许添加参数，methods设置为['post']表示该视图只接受POST请求，然后还设置了验证和权限。

使用self.get_object()获取当前的Course对象。

把当前的用户增加到多对多关系中（选课），返回一个自定义的成功响应

然后编辑api/urls.py文件，去掉下边这一行，因为通过@detail_route动态配置了新的路由，这一行无需再用：

Copy/enroll/', views.CourseEnrollView.as_view(), name='course_enroll'),

然后编辑api/views.py，删除CourseEnrollView，因为这个类的功能现在成为视图集的一部分。

现在选课功能的URL由router自动生成，实际的URL与刚才相同，因为使用了我们自定义的函数名称enroll。

1.11自定义权限

我们希望只有选了某课程的学生用户才可以访问该课程的全部内容。最好的方式就是自定义一个权限，REST框架（原书为Django，应该为REST）提供了一个BasePermission类允许重写下列方法：

has_permission()：视图级别的权限检查

has_object_permission()：对象级别的权限检查

这两个方法必须返回True表示具有权限或False表示不具有权限。在courses/api/目录下新建permissions.py文件，添加下列代码：

Copyfrom rest_framework.permissions import BasePermission

classIsEnrolled(BasePermission):
    defhas_object_permission(self, request, view, obj):
        return obj.students.filter(id=request.user.id).exists()

这个IsEnrolled权限继承了BasePermission类然后重写了has_object_permission方法。由于这个方法是基于对象的，所以obj就是当前的课程。检查当前用户是否在已经选该课的所有用户里。之后就可以使用该权限类了。

1.12序列化课程内容

现在已经把主题，课程和章节都序列化了。还必须序列化内容。Content模型有一个通用外键关系，可以用于检索所有内容模型。而且我们还为所有内容模型添加了render()方法。可以使用这些关系和方法，来实现序列化。

编辑api/serializers.py文件，添加下列代码：

Copyfrom ..models import Content

classItemRelatedField(serializers.RelatedField):
    defto_representation(self, value):
        return value.render()

classContentSerializer(serializers.ModelSerializer):
    item = ItemRelatedField(read_only=True)

    classMeta:
        model = Content
        fields = ['order', 'item']

在这段代码里，通过继承RelatedField定义了一个特别的字段ItemRelatedField，然后重写了to_representation()方法。然后定义了内容序列化器ContentSerializer并且指定与原来通用外键同名的item属性为刚定义的ItemRelatedField字段。

我们还需要另外一个用于Module模型的序列化器，其中嵌套这个Content序列化器；还需要改造Course序列化器以让其也包含内容输出，编辑api/serializers.py文件添加下列代码：

CopyclassModuleWithContentsSerializer(serializers.ModelSerializer):
    contents = ContentSerializer(many=True)

    classMeta:
        model = Module
        fields = ['order', 'title', 'description', 'contents']

classCourseWithContentsSerializer(serializers.ModelSerializer):
    modules = ModuleWithContentsSerializer(many=True)

    classMeta:
        model = Course
        fields = ['id', 'subject', 'title', 'slug', 'overview', 'created', 'owner', 'modules']

这其实就是一层一层从内到外嵌套序列化器，由于已经定义了Content的序列化器，就建立一个外层的ModuleWithContent序列化器，其中设置contents字段为Content序列化器，再往上一层的CourseWithContent序列化器也是类似来嵌套ModuleWithContent。

再建立一个视图，模仿刚才的retrieve()行为，但是采用新的序列化器，编辑api/views.py文件，给CourseViewSet视图集添加下列代码：

Copyfrom .permissions import IsEnrolled
from .serializers import CourseWithContentsSerializer

classCourseViewSet(viewsets.ReadOnlyModelViewSet):
    # ...    @detail_route(methods=['get'],
              serializer_class=CourseWithContentsSerializer,
              authentication_classes=[BasicAuthentication],
              permission_classes=[IsAuthenticated, IsEnrolled])defcontents(self, request, *args, kwargs):
        return self.retrieve(request, *args, kwargs)

这段代码解释如下：

使用@detail_route装饰器来定义该方法是针对一个单独数据对象的

该方法只接受GET请求

使用了CourseWithContentsSerializer这个新的序列器，用于返回包含具体内容数据的序列化后输出。

添加了用户认证IsAuthenticated和自定义权限IsEnrolled

采用ReadOnlyModelViewSet提供的retrieve()方法来返回Course对象

然后打开http://127.0.0.1:8000/api/courses/1/contents/ 。如果你的当前用户选了对应的课程，就可以看到课程，章节和内容嵌套渲染后的字符串以JSON的形式显示出来，类似下边这样：

Copy{
    "order": 0,
    "title": "Introduction to Django",
    "description": "Brief introduction to the Django Web Framework.",
    "contents": [
        {
            "order": 0,
            "item": "<p>Meet Django. Django is a high-level Python Web framework...</p>"
        },
        {
            "order": 1,
            "item": "\n<iframe width=\"480\" height=\"360\" src=\"http://www.youtube.com/embed/bgV39DlmZ2U?wmode=opaque frameborder=\"0\" allowfullscreen></iframe>\n"
        }
    ]
}

现在我们就建立了一个简单的符合RESTful风格的API，让网站自动化向外部提供数据。REST框架还可以使用ModelViewSet来创建和编辑数据对象。关于REST框架中的主要内容在本章都涉及到了，如果对于框架特性还需要详细了解，可以参考REST框架的官方文档：https://www.django-rest-framework.org/。