Python FastAPI入门教程：从零开始Web开发

什么是FastAPI？

FastAPI是一个现代的Python Web框架，专为快速构建API而设计。想象一下，它就像一家高效的餐厅——顾客（客户端）通过菜单（端点）点菜（请求），厨房（服务器）快速准备并上菜（响应），整个过程简单又快速。

为什么选择FastAPI？

• 易于学习和使用，适合初学者。
• 性能高，响应迅速。
• 自动生成API文档。

在本教程中，你将通过动手实践，逐步创建一个简单的Web应用，并学习如何配置数据库连接池，就像银行有多个柜台窗口（连接）来处理顾客（请求）一样，提高效率。

前置知识

假设你熟悉基础Python语法（如变量、函数、列表），但没有Web开发经验。别担心，我们会一步步来！

第一步：安装和设置

首先，确保安装了Python（建议版本3.7+）。然后，打开终端或命令行，运行以下命令安装FastAPI和一个轻量级服务器Uvicorn。

pip install fastapi uvicorn

这就像准备厨房工具——没有它们，你就没法开始做饭。

成功时刻： 安装完成后，你会看到一个确认信息。恭喜！你已经迈出了第一步。

第二步：创建第一个FastAPI应用

在项目目录中，创建一个新文件main.py，并添加以下代码。

# main.py
from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()  # 创建一个FastAPI实例，就像开业一家餐厅

@app.get("/")  # 定义一个GET端点，就像菜单上的第一道菜
async def read_root():
    return {"message": "Hello, FastAPI!"}

解释：

• FastAPI() 初始化应用。
• @app.get("/") 装饰器告诉FastAPI，当有人访问根路径（如 http://localhost:8000/）时，运行下面的函数。
• async def read_root(): 定义一个异步函数，返回一个JSON响应。

现在，运行应用：

uvicorn main:app --reload

• main:app 指定应用文件（main.py）和应用实例（app）。
• --reload 启用热重载，修改代码后自动重启，方便调试。

成功时刻： 在浏览器中打开 http://localhost:8000/，你会看到 {"message": "Hello, FastAPI!"}。太棒了！你的第一个Web应用运行起来了。

第三步：添加更多端点，处理请求

让我们添加一些功能。想象一下，餐厅的菜单上增加新菜品。

修改main.py，添加一个POST端点来接收数据：

# main.py
from fastapi import FastAPI
from pydantic import BaseModel  # 用于数据验证，就像检查顾客点单是否合理

app = FastAPI()

# 定义一个数据模型
class Item(BaseModel):
    name: str
    price: float

@app.get("/")  
async def read_root():
    return {"message": "Hello, FastAPI!"}

@app.get("/items/{item_id}")  # 路径参数，像菜单上的特定菜号
async def read_item(item_id: int, q: str = None):  # 查询参数可选
    return {"item_id": item_id, "q": q}

@app.post("/items/")  # POST端点，接收数据
async def create_item(item: Item):  # 使用数据模型验证输入
    return {"received": item.name, "price": item.price}

运行并测试：

1. 保持应用运行（如果已停止，重新运行 uvicorn main:app --reload）。
2. 打开 http://localhost:8000/docs，这是自动生成的API文档页面。
3. 在文档中，尝试调用 POST /items/ 端点，输入JSON数据如 {"name": "Pizza", "price": 9.99}。

成功时刻： 你会看到响应 {"received": "Pizza", "price": 9.99}。这表明你成功接收并处理了数据！

第四步：介绍数据库连接池配置

现在，我们来添加数据库功能，就像餐厅需要存储菜单和订单。数据库连接池是一种优化技术，预先建立多个数据库连接并复用它们，避免频繁开关连接带来的开销。类比一下：银行有多个柜台窗口（连接池），顾客（请求）来了就直接使用空闲窗口，而不是每次都要新开一个。

我们将使用SQLAlchemy（一个流行的Python SQL工具包）和SQLite数据库（简单，无需额外安装）。

安装SQLAlchemy和相关库

pip install sqlalchemy

创建数据库连接和模型

在项目目录中，创建新文件database.py：

# database.py
from sqlalchemy import create_engine, Column, Integer, String
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

# 数据库URL，使用SQLite，文件名为test.db
DATABASE_URL = "sqlite:///./test.db"  # 就像指定银行地址

# 创建引擎，配置连接池
# 连接池参数：pool_size 设置连接数量，max_overflow 允许超出数量
engine = create_engine(
    DATABASE_URL,
    connect_args={"check_same_thread": False},  # SQLite特定参数
    pool_size=5,  # 连接池大小，类似银行有5个柜台窗口
    max_overflow=10,  # 允许额外连接，高峰时可临时增加窗口
    pool_pre_ping=True  # 自动检查连接是否有效
)

# 创建SessionLocal，用于数据库会话
SessionLocal = sessionmaker(autocommit=False, autoflush=False, bind=engine)

# 声明基类，用于定义数据模型
Base = declarative_base()

# 定义一个简单的数据模型
class ItemDB(Base):
    __tablename__ = "items"
    id = Column(Integer, primary_key=True, index=True)
    name = Column(String)
    price = Column(Integer)

# 创建数据库表（只在第一次运行）
Base.metadata.create_all(bind=engine)

解释：

• create_engine() 创建数据库连接引擎，配置了连接池参数，提高效率。
• SessionLocal 是一个工厂，用于创建数据库会话。
• ItemDB 是一个数据模型，对应数据库中的表。

在FastAPI应用中使用数据库

修改main.py，集成数据库操作：

# main.py
from fastapi import FastAPI, Depends, HTTPException
from pydantic import BaseModel
from sqlalchemy.orm import Session
from database import SessionLocal, ItemDB

app = FastAPI()

# 依赖函数，获取数据库会话
def get_db():
    db = SessionLocal()  # 从连接池获取一个会话
    try:
        yield db  # 提供会话给端点使用
    finally:
        db.close()  # 使用后关闭，释放回连接池

class Item(BaseModel):
    name: str
    price: float

@app.get("/")
async def read_root():
    return {"message": "Hello, FastAPI!"}

@app.post("/items/")
async def create_item(item: Item, db: Session = Depends(get_db)):  # 依赖注入数据库会话
    db_item = ItemDB(name=item.name, price=int(item.price))  # 创建数据库对象
    db.add(db_item)  # 添加到会话
    db.commit()  # 提交到数据库
    db.refresh(db_item)  # 刷新以获取id
    return {"id": db_item.id, "name": db_item.name, "price": db_item.price}

@app.get("/items/")
async def read_items(db: Session = Depends(get_db)):  # 获取所有物品
    items = db.query(ItemDB).all()  # 查询数据库
    return [{"id": item.id, "name": item.name, "price": item.price} for item in items]

运行并测试：

1. 确保应用运行（uvicorn main:app --reload）。
2. 在API文档页面（http://localhost:8000/docs），调用 POST /items/ 添加数据，然后调用 GET /items/ 查看所有数据。

成功时刻： 你会看到数据被成功存储和检索。例如，添加一个物品后，GET请求返回列表包含它。这表明你配置的数据库连接池正在高效工作！

第五步：总结和下一步

恭喜！你已经完成了FastAPI入门教程，学会了：

• 创建基本Web应用并运行。
• 添加端点处理GET和POST请求。
• 配置数据库连接池，优化性能。

生活化回顾： FastAPI就像你的餐厅，端点是菜单，数据库是库存系统，连接池让库存管理更流畅。

下一步建议：

• 扩展应用，添加更多端点（如更新、删除物品）。
• 学习错误处理和验证。
• 探索FastAPI的其他功能，如异步支持、WebSockets。

记住，实践是最好的老师。多尝试修改代码，享受Web开发的乐趣！