深入探索 Django Rest Framework

这篇文章会详细介绍Django REST Framework的核心组成部分，包括Serializers、ViewSets、Routers、权限和认证系统以及测试和调试工具。文章从基础开始，逐步深入，旨在帮助读者掌握使用Django REST Framework构建复杂API的技能。

导言

Django REST框架的定义和目的

Django REST框架，通常简称为DRF，是一个强大而灵活的Web API工具包。使用DRF，开发者可以快速构建可扩展的、可维护的RESTful API服务。DRF提供了一整套的工具和模块，包括认证、权限、序列化、视图、路由等，帮助我们处理许多Web开发中常见的问题。

DRF的主要目的是使Django应用程序能够轻松地构建和管理API。此外，DRF还关注API的可浏览性和易用性，使得开发者可以通过Web浏览器访问API，并进行交互。

Django REST框架和其他框架（如Flask）的比较

虽然Django REST框架和其他Python的Web框架（如Flask）有着共同的目标，即帮助开发者构建Web应用，但是它们在设计理念、功能和使用场景上有所不同。

• 设计理念：DRF是一个比较“重量级”的框架，提供了一整套的解决方案，包括模型、视图、模板、表单、路由、认证、权限等等。而Flask更加轻量级和灵活，它只提供了最基础的工具，其他的功能需要通过安装扩展来实现。

# Django view示例
from django.http import HttpResponse
def hello_world(request):
    return HttpResponse("Hello, World!")

# Flask view示例
from flask import Flask
app = Flask(__name__)
@app.route('/')
def hello_world():
    return 'Hello, World!'

• 功能：DRF提供了许多内建的功能，如认证、权限、序列化、反序列化、视图、路由等，这些功能都经过了精心设计，使得开发者可以更加专注于业务逻辑，而不是基础设施的建设。而Flask则更加注重灵活性，它允许开发者选择和定制所需要的功能。
• 使用场景：如果你的项目需要快速构建RESTful API，或者需要与Django的其他部分（如ORM、模板系统等）紧密集成，那么DRF可能是一个更好的选择。如果你需要更大的灵活性，或者只需要构建一个简单的Web服务，那么Flask可能更合适。

基础部分

Django REST框架的安装和设置

在开始使用Django REST框架前，首先需要安装和配置相关环境。假设你已经安装了Python和Django，你可以使用pip来安装DRF：

pip install djangorestframework

然后，需要将rest_framework添加到你的Django项目的INSTALLED_APPS配置中：

# settings.py

INSTALLED_APPS = [
    ...,
    'rest_framework',
]

这样，我们就成功安装和配置好了Django REST框架，接下来可以开始构建我们的第一个DRF项目了。

一个基本的Django REST框架项目搭建教程

在本教程中，我们将创建一个简单的API，用于管理图书信息。首先，我们需要创建一个新的Django app：

python manage.py startapp books

然后，我们需要在books app中定义我们的模型：

# models.py

from django.db import models

class Book(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=200)
    author = models.CharField(max_length=100)
    published_date = models.DateField()

    def __str__(self):
        return self.title

接着，我们需要定义对应的Serializer和Viewset：

# serializers.py

from rest_framework import serializers
from .models import Book

class BookSerializer(serializers.ModelSerializer):
    class Meta:
        model = Book
        fields = ['id', 'title', 'author', 'published_date']


# views.py

from rest_framework import viewsets
from .models import Book
from .serializers import BookSerializer

class BookViewSet(viewsets.ModelViewSet):
    queryset = Book.objects.all()
    serializer_class = BookSerializer

最后，我们需要在urls.py中添加路由：

# urls.py

from django.urls import include, path
from rest_framework.routers import DefaultRouter
from .views import BookViewSet

router = DefaultRouter()
router.register(r'books', BookViewSet)

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

以上就是一个基本的Django REST框架项目的搭建过程。在这个例子中，我们创建了一个可以进行CRUD操作的图书信息API。

Django REST框架中的基本组件：Serializers, Viewsets, Routers

在上面的例子中，我们使用了DRF的三个主要组件：Serializers, Viewsets, 和 Routers。以下是它们的简单介绍：

• Serializers：负责将复杂的数据类型（如Django模型实例）转换为可以被渲染成JSON、XML等格式的Python数据类型。同时，也可以用于解析上述格式的数据，转换为复杂的数据类型。
• Viewsets：一个用于封装视图逻辑的类。与Django的类视图类似，但提供了更多与REST相关的功能，例如默认的GET、POST、PUT、PATCH和DELETE方法。
• Routers：负责自动生成URL路由。与Django的URLconf类似，但是对于DRF的Viewsets有更好的支持，可以根据Viewset中的方法自动创建对应的路由。

在接下来的部分，我们将深入探讨这三个组件的工作原理和使用方法。

Serializers

在Django REST框架中，Serializers扮演着至关重要的角色。它们负责转换复杂的数据类型，如Django模型实例或者复杂的查询集，使得它们可以被渲染为像JSON或者XML这样的可传输格式。同时，Serializers也负责在数据接收时完成反序列化的工作，将接收的数据转换为Python数据类型。

什么是Serializer？

Serializer类似于Django的Form和ModelForm类，但它们不仅包含了简单的数据验证功能，还包含了复杂的类型转换功能。它们可以对复杂的数据类型进行序列化（转换为Python基本数据类型），也可以对已序列化的数据进行反序列化（转换为复杂的数据类型）。

# serializers.py

from rest_framework import serializers
from .models import Book

class BookSerializer(serializers.ModelSerializer):
    class Meta:
        model = Book
        fields = ['id', 'title', 'author', 'published_date']

在上述例子中，BookSerializer就是一个Serializer，它继承自ModelSerializer类，用于序列化和反序列化Book模型实例。

Serializers的工作原理

当序列化对象时，Serializers首先将对象转换为Python内置的数据类型，然后再将这些数据类型转换为可传输的格式。反序列化时，Serializers会进行相反的过程，先将接收的数据转换为Python内置的数据类型，然后再将这些数据类型转换为复杂的数据类型。

以下是一个简单的例子，演示了如何使用BookSerializer进行序列化和反序列化：

# 使用Serializer进行序列化
book = Book.objects.get(id=1)
serializer = BookSerializer(book)
print(serializer.data)
# 输出：{'id': 1, 'title': 'Django for Beginners', 'author': 'William S. Vincent', 'published_date': '2022-07-01'}

# 使用Serializer进行反序列化
data = {'title': 'REST API with Django', 'author': 'William S. Vincent', 'published_date': '2023-07-01'}
serializer = BookSerializer(data=data)
if serializer.is_valid():
    book = serializer.save()
print(book)
# 输出：<Book: REST API with Django>

Serializers的实例和使用

Serializers最常见的使用场景就是在视图中，用于序列化和反序列化视图处理的数据。

例如，我们可以在视图中使用Serializer，来处理客户端发来的POST请求，创建新的图书：

# views.py

from rest_framework import status
from rest_framework.response import Response
from rest_framework.views import APIView
from .models import Book
from .serializers import BookSerializer

class BookList(APIView):
    def post(self, request):
        serializer = BookSerializer(data=request.data)
        if serializer.is_valid():
            book = serializer.save()
            return Response(serializer.data, status=status.HTTP_201_CREATED)
        return Response(serializer.errors, status=status.HTTP_400_BAD_REQUEST)

在上述例子中，我们在视图的POST方法中使用了BookSerializer，将接收的数据反序列化为Book模型实例，并保存到数据库中。

Serializers的使用非常广泛，它们不仅可以用于基本的数据验证和转换，还可以用于复杂的场景，如处理嵌套的数据、自定义字段、动态字段等。在掌握了基本用法后，你可以根据你的需求，进一步探索Serializers的各种高级用法。

ViewSets

在Django REST框架中，ViewSets是一个重要的组件，它提供了一种高级的视图抽象，使我们能够更方便地实现基于RESTful原则的API接口。

什么是ViewSet？

ViewSet可以看作是多个视图的集合。在Django REST框架中，ViewSet类似于Django中的类视图（Class-Based Views），但是它提供了更多的默认行为和更广泛的功能，比如默认实现的GET、POST、PUT、PATCH和DELETE操作。

# views.py

from rest_framework import viewsets
from .models import Book
from .serializers import BookSerializer

class BookViewSet(viewsets.ModelViewSet):
    queryset = Book.objects.all()
    serializer_class = BookSerializer

在上述例子中，BookViewSet就是一个ViewSet。它继承自ModelViewSet类，为Book模型实现了一整套的CRUD操作。

ViewSets的工作原理

ViewSet的工作原理与Django的类视图非常相似。它将HTTP方法映射到ViewSet中的相应方法，比如GET请求会映射到list或者retrieve方法，POST请求会映射到create方法，PUT和PATCH请求会映射到update方法，DELETE请求会映射到destroy方法。

以下是一个简单的例子，演示了如何使用BookViewSet处理GET和POST请求：

# 使用ViewSet处理GET请求
from rest_framework.test import APIRequestFactory

factory = APIRequestFactory()
request = factory.get('/books/')
response = BookViewSet.as_view({'get': 'list'})(request)
print(response.status_code)
# 输出：200

# 使用ViewSet处理POST请求
request = factory.post('/books/', {'title': 'Django REST Framework', 'author': 'Tom Christie', 'published_date': '2023-07-01'})
response = BookViewSet.as_view({'post': 'create'})(request)
print(response.status_code)
# 输出：201

ViewSets的实例和使用

ViewSet最常见的使用场景就是在URLconf中，用于为API接口创建URL路由。

例如，我们可以在URLconf中使用BookViewSet，来创建图书API的URL路由：

# urls.py

from django.urls import include, path
from rest_framework.routers import DefaultRouter
from .views import BookViewSet

router = DefaultRouter()
router.register(r'books', BookViewSet)

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

在上述例子中，我们在URLconf中注册了BookViewSet，Django REST框架会自动为BookViewSet创建一套URL路由，对应到其定义的各种操作。

ViewSet的使用非常灵活，它们不仅可以用于实现基本的CRUD操作，还可以用于实现复杂的逻辑，如权限控制、过滤、分页等。在掌握了基本用法后，你可以根据你的需求，进一步探索ViewSet的各种高级用法。

Routers

在 Django REST 框架中，Routers 为视图集 (ViewSets) 提供了一种简洁的方式来创建和管理 URL 配置。使用 Routers，我们可以快速创建并配置 URL，减少重复的工作。

什么是Router？

Router 可以自动地为视图集创建 URL 配置，它为每个视图集提供了一套标准的增删改查（CRUD）操作的 URL 配置。Router 的使用可以极大地提高开发效率，避免了手动创建每个 URL 的繁琐工作。

以下是一个简单的使用 Router 的例子：

# urls.py

from django.urls import include, path
from rest_framework.routers import DefaultRouter
from .views import BookViewSet

router = DefaultRouter()
router.register(r'books', BookViewSet)

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

在上述例子中，我们使用 DefaultRouter 创建了一个 router，然后调用其 register 方法注册了 BookViewSet。这会自动为 BookViewSet 创建一套标准的 URL 配置。

Router 的工作原理

当你向 Router 注册一个视图集时，Router 会自动为这个视图集创建一套 URL 配置。这套 URL 配置对应到视图集的各个方法，如 list、create、retrieve、update 和 destroy。

router = DefaultRouter()
router.register(r'books', BookViewSet)

在上述例子中，router 会为 BookViewSet 创建以下的 URL 配置：

• /books/：对应到 BookViewSet 的 list 和 create 方法，分别处理 GET 和 POST 请求；
• /books/{pk}/：对应到 BookViewSet 的 retrieve、update 和 destroy 方法，分别处理 GET、PUT/PATCH 和 DELETE 请求。

Router 的实例和使用

在 Django REST 框架中，有两种常见的 Router：DefaultRouter 和 SimpleRouter。DefaultRouter 提供了一套包含额外的浏览器界面的路由配置，而 SimpleRouter 则提供了一套简单的基础路由配置。

Router 的使用非常灵活，你可以根据需要注册任意数量的视图集，也可以在不同的 Django app 中使用不同的 Router。在掌握了基本用法后，你还可以深入研究如何自定义 Router，如自定义 URL 配置，自定义 URL 名称等。

权限和认证

在构建API时，权限和认证是非常重要的一环，它们决定了用户能否访问你的API以及用户可以做什么。Django REST Framework提供了一套完善的权限和认证系统，让你可以轻松地控制用户的访问权限。

认证

认证是确定用户身份的过程。Django REST Framework支持多种认证方式，如SessionAuthentication、TokenAuthentication、BasicAuthentication等。

以下是如何在视图中使用TokenAuthentication的示例：

# views.py

from rest_framework.authentication import TokenAuthentication
from rest_framework.permissions import IsAuthenticated
from rest_framework import viewsets
from .models import Book
from .serializers import BookSerializer

class BookViewSet(viewsets.ModelViewSet):
    queryset = Book.objects.all()
    serializer_class = BookSerializer
    authentication_classes = [TokenAuthentication]
    permission_classes = [IsAuthenticated]

在这个例子中，我们为BookViewSet设置了authentication_classes属性，指定了使用TokenAuthentication。当用户请求BookViewSet时，Django REST Framework会检查请求的HTTP头部是否包含有效的令牌，以确定用户的身份。

权限

权限是决定已经认证的用户可以做什么的规则。Django REST Framework提供了多种权限管理方式，如IsAuthenticated、IsAdminUser、IsAuthenticatedOrReadOnly等。

在上述例子中，我们为BookViewSet设置了permission_classes属性，指定了使用IsAuthenticated。这意味着只有认证过的用户才可以访问BookViewSet。

自定义认证和权限

除了使用Django REST Framework提供的认证和权限管理方式，你还可以自定义认证和权限。自定义认证和权限可以让你更灵活地控制用户的访问权限。

以下是一个自定义权限的例子，这个权限类只允许作者访问他们自己的图书：

# permissions.py

from rest_framework import permissions

class IsAuthor(permissions.BasePermission):
    def has_object_permission(self, request, view, obj):
        return obj.author == request.user

然后你可以在视图中使用这个自定义权限：

# views.py

from .permissions import IsAuthor
# 其他导入...

class BookViewSet(viewsets.ModelViewSet):
    # 其他代码...
    permission_classes = [IsAuthenticated, IsAuthor]

在这个例子中，IsAuthor权限类会对每个请求进行检查，如果请求的用户不是图书的作者，那么请求将被拒绝。

测试与调试

测试和调试是保证代码质量的重要步骤。Django REST Framework提供了一套用于测试和调试API的工具。

测试

Django REST Framework集成了Django的测试框架，并提供了一些额外的功能用于测试API。你可以使用Django REST Framework的APIClient类来模拟API请求，然后检查响应。

以下是一个测试示例：

# tests.py

from django.urls import reverse
from rest_framework import status
from rest_framework.test import APITestCase, APIClient
from .models import Book

class BookTests(APITestCase):
    def setUp(self):
        self.client = APIClient()
        self.book = Book.objects.create(title='Test Book', author='Test Author')

    def test_get_book(self):
        url = reverse('book-detail', kwargs={'pk': self.book.pk})
        response = self.client.get(url)
        self.assertEqual(response.status_code, status.HTTP_200_OK)
        self.assertEqual(response.data['title'], 'Test Book')
        self.assertEqual(response.data['author'], 'Test Author')

在这个例子中，我们首先在setUp方法中创建了一个APIClient和一个Book实例。然后，在test_get_book方法中，我们使用APIClient发出GET请求，然后检查响应的状态码和数据。

调试

Django REST Framework提供了一个浏览器界面用于调试API。你可以在浏览器中直接访问API，查看响应数据，或者发出POST、PUT、PATCH和DELETE请求。浏览器界面非常直观，是调试API的好工具。

要使用浏览器界面，你只需要在settings.py中启用它：

# settings.py

REST_FRAMEWORK = {
    'DEFAULT_RENDERER_CLASSES': [
        'rest_framework.renderers.BrowsableAPIRenderer',
        'rest_framework.renderers.JSONRenderer',
        # 其他渲染器...
    ]
}

在上述设置中，我们启用了BrowsableAPIRenderer，这将启用浏览器界面。你现在可以在浏览器中访问API了。

使用工具进行调试

有许多工具可以帮助你调试API，如Postman、Insomnia等。这些工具可以模拟各种HTTP请求，查看请求和响应的详细信息，以及保存和组织API请求。如果你需要进行复杂的API调试，这些工具可能会很有帮助。

虽然测试和调试可能会花费一些时间，但它们是保证代码质量的关键。在编写代码时，不要忘记写测试和进行调试。

总结

至此，我们对Django REST Framework进行了一次深入的概览。我们开始时介绍了Django REST Framework的基础知识，然后深入学习了Serializers、ViewSets和Routers。我们还讨论了权限和认证系统，以及如何进行测试和调试。

Django REST Framework提供了许多强大的工具，使得构建复杂的API变得轻松。然而，掌握这些工具需要时间和实践。我希望这篇文章能帮助你开始你的Django REST Framework之旅。

最后，我想重申一下我们在文章中讨论的一些关键点：

• Serializers用于数据序列化和反序列化。
• ViewSets是用于处理视图逻辑的类。
• Routers负责URL的生成和分发。
• Django REST Framework提供了一套强大的权限和认证系统。
• 你可以使用Django REST Framework的测试工具和调试界面来测试和调试你的API。

• 如有帮助，请多关注
  个人微信公众号：【Python全视角】
  TeahLead_KrisChang，10+年的互联网和人工智能从业经验，10年+技术和业务团队管理经验，同济软件工程本科，复旦工程管理硕士，阿里云认证云服务资深架构师，上亿营收AI产品业务负责人。