第 11 章 Web 框架：Django
Python 是唯一一种 Web 框架比语言关键字多的语言。
—Harald Armin Massa, 2005 年 12 月
本章内容：
- 简介；
- Web 框架；
- Django 简介；
- 项目和应用；
- “Hello World”应用（一个博客）；
- 创建模型来添加数据库服务；
- Python 应用 shell；
- Django 管理应用；
- 创建博客的用户界面；
- 改进输出；
- 处理用户输入；
- 表单和模型表单；
- 视图进阶；
- *改善外观；
- *单元测试；
- 中级Django 应用：TweetApprover；
- 资源。
11.1 简介
本章不再介绍 Python 标准库，而介绍一个著名的 Web 框架：Django。首先简要介绍什么是 Web 框架，接着介绍使用 Django 开发应用。从基础开始介绍 Django，并开发一个“Hello World”应用。接着逐步深入，介绍开发实际应用时所要了解的内容。这个路线图也组成了本章的架构： 首先夯实基础；然后介绍中级应用，这个应用会涉及Twitter、电子邮件和 OAuth（OAuth 是一个开放的授权协议，用于通过应用编程接口[API]访问数据）。
本章旨在介绍一款工具，Python 开发者每天都会用这款工具解决实际问题。通过本章， 读者会学到一些技能和足够的知识，来通过 Django 构建更复杂的工具。读者可以带着这些技能去学习任何其他Python Web 框架。首先，了解什么是 Web 框架。
11.2 Web 框架
这里希望读者通过第 10 章的学习，对 Web 开发有了足够的了解。Web 开发除了像上一章那样全部从头写起，还可以在其他人已有的基础上进行开发，简化开发流程。这些 Web 开发环境统称为 Web 框架，其目标是帮助开发者简化工作，如提供一些功能来完成一些通用任务，或提供一些资源来用于降低创建、更新、执行或扩展应用的工作量。
前面还提到，由于 CGI 在可扩展性方面有缺陷，因此不建议使用它。所以 Python 社区的人们寻求一种更强大的 Web 服务器解决方案，如 Apache、ligHTTPD（发音为“lighty”），或 nginx。有些服务器，如 Pylons 和 CherryPy，拥有自己的框架生态系统。但服务方面的内容只是创建 Web 应用的一个方面。还需要关注一些辅助工具，如 JavaScript 框架、对象关系映射器（ORM）或底层数据库适配器。还有与 Web 不相关但其他类型的开发需要的工具， 如单元测试和持续集成框架。Python Web 框架既可以是单个或多个子组件，也可以是一个完整的全栈系统。
术语“全栈”表示可以开发 Web 应用所有阶段和层次的代码。框架可以提供所有相关的服务，如 Web 服务器、数据库 ORM、模板和所有需要的中间件 hook。有些还提供了 JavaScript 库。Django 就是这当中一个广为人知的 Web 框架。许多人认为 Django 对于 Python，就相当于 Ruby on Rails 对 Ruby 一样。Django 包含了前面提到的所有服务，可作为全能解决方案（除了没有内置的 JavaScript 库，这样可以自由选择相应的库）。在第 12 章将看到 Google App Engine 也提供了这些组件，但更适合于由 Google 托管并且侧重于可扩展性和快速请求/响应的 Web 和非 Web 应用。
Django 是由一个开发团队作为单个突出创建的，但并不是所有框架都遵循这种哲学。以TurboGears 为例，这是一个非常优秀的全栈系统，由分散在全世界的开发者开发，其作为胶水代码，将栈中其他独立的组件组合起来，如ToscaWidgets（高级 Web 部件，它可利用多种JavaScript 框架，如 Ex1tJs、jQuery 等）、SQLAlchemy（ORM）、Pylons（Web 服务器），还有Genshi（模板化）。遵循这种架构样式的框架能提供很好的灵活性，用户可以选择不同的模板系统、JS 库、生成原始 SQL 语句的工具，以及不同的 Web 服务器。只须牺牲一点一致性和放弃单一工具的追求。但对框架的使用也许与之前的方式没什么区别。
Pyramid 是另外一个非常著名的 Web 框架，这是 repoze.bfg（或简称 BFG）和 Pylons 的继承者。Pyramid 的方式更加简单，它只提供一些基础功能，如URL 分派、模板化、安全和一些资源。如果需要其他功能，必须手动添加。这种极简的方式带来的好处就是 Pyramid 拥有完整的测试和文档，以及从Pylons 和BFG 社区继承的用户，让Pyramid 成为今日Python Web 框架中有力的竞争者。
如果读者刚接触到 Python，可能会了解 Rails 或 PHP，这两者原先只想将语言嵌入到HTML 中，后来扩展成一个庞大框架。Python 的好处就是不必局限于“一种语言，一种框架” 的形式。从 Python 中可以选择许多框架，就如同本章起始处的引用所说的那样。Web 服务器网关接口（WSGI）标准的建立加速了 Web 框架的发展。Python WSGI 由PEP 333 定义，参见：http://python.org/dev/peps/pep-0333。
如果读者还不了解 WSGI，这里有必要简要说明一下。WSGI 不是实际的代码或 API，而定义了一系列接口，让 Web 框架的开发者无须为框架创建自定义 Web 服务器，也让应用程序开发者可以自行选择 Web 服务器。有了WSGI，应用开发者就可以方便地切换（或开发新的）WSGI 兼容的服务器，而无须担心需要改变应用代码。关于 WSGI 的更多内容，可阅读上一章。
有一点不知道是否应该在这里提及（特别是在书中），当热情的 Python 开发者不满足已有的框架时，他们就会创建一个新框架。Python 中 Web 框架的数目比关键字的数目还多。其他框架还包括 web2py、web.py、Tornado、Diesel 和 Zope。可以在 Python 官网的维基页面http://wiki.python.org/moin/WebFrameworks 来了解这些框架。
回到正文，现在在这些 Web 开发的相关知识的基础上来学习Django。
11.3 Django 简介
Django 自称是“能够很好地应对应用上线期限的 Web 框架”。其最初在 21 世纪初发布， 由 Lawrence Journal-Wor ld 报业的在线业务的 Web 开发者创建。2005 年正式发布，引入了以“新闻业的时间观开发应用”的方式。本章中我们会使用 Django 开发一个简单的博客应用， 下一章会用 Google App Engine 开发相同的应用，比较两者来看 Django 的开发速度（这里的博客比较简单，读者需要自行完善）。尽管会直接给出这个例子，但在介绍的过程中仍然会详细解释示例。如果读者想深入了解，可以阅读 Python Web Development with Django
(Addison-Wesley, 2009)第 2 章，该书由我和我尊敬的同事 Jeff Forcier （Fabric 主要开发者） 和Paul Bissex（dpaste 创建者）编写。
核心提示：对Python 3的支持
在撰写本书时，Django 2 已经并仅支持Python 3，因此本章的所有示例都以 Python 2.x 编写。不过本书的网站中含有所有的Python 3 版本的示例。
11.3.1 安装
在介绍 Django 开发之前，首先安装必需的组件，这包括依赖组件和 Django 本身。
预备条件
在安装 Django 之前，必须先安装 Python。由于读者已经读到本书第 10 章了，因此假设已经安装了 Python。大多数兼容POSIX 的系统（Mac OS X、Linux、*BSD）都已经安装了Python。只有微软 Windows 需要自行下载并安装 Python。
Apache 是 Web 服务器中的王者，因此大多数部署都会使用这款服务器。Django 团队建议使用 mod_wdgi 这个Apache 模块，并提供了安装指南：http://docs.djangoproject.com/en/dev/ topics/install/#install-apache-and-mod-wsgi，同时也提供了完整的开发文档，参见 http://docs.djangoproject.com/en/dev/howto/deployment/modwsgi/。还有一份更好的文档，其中介绍了使用一个 Apache 实例来持有多个 Django Web 站点（项目），参见 http://forum.webfaction.com/viewtopic.php?id=3646 。如果想了解 mod_python，只能在老的 Django 安装包或在mod_wsgi 成为标准之前的一些操作系统的发行版中寻找。官方已经不支持 mod_python（实际上，从Django 1.5 开始，就移除了 mod_python）。
在结束对Web服务器的讨论之前 ①，还需要提醒读者，在生产环境的服务器中并不是一定要使用Apache，还可以有其他选择，其中有些内存占用量更少，速度更快。也许其中一个就更适合你的应用。可以在http://code. djangoproject.com/wiki/ServerArrangements中查找符合要求的Web服务器。
Django 需要用到数据库。当前的标准版 Django 只可运行基于 SQL 的关系数据库管理系统（RDBMS）。用户主要使用 4 种数据库，分别是 PostgreSQL、MySQL、Oracle 和 SQLite。其中最容易设置的是 SQLite。另外，SQLite 是这 4 个当中唯一一个无须部署数据库服务器的，所以使用起来也是最简单的。当然，简单并不代表无能，SQLite 功能和另外三个一样强大。
① 除非到了开发阶段，否则无需 Web 服务器，因此可以在后面安装。Django 自带了开发服务器（刚刚已经看到），可以用于创建和测试应用。
为什么 SQLite 很容易设置？SQLite 数据库适配器是所有 Python 版本中自带的（从 2.5 开始）。注意，这里说的是适配器。有些 Python 发行版自带了 SQLite 本身，有些会使用系统上安装的 SQLite。而其他东西则需要手动下载和安装。
Django 支持众多关系数据库，SQLite 只是其中一种，所以如果不喜欢 SQLite，可以使用其 他数据库，特别是如果公司已经使用了某一款基于服务器的数据库。关于 Django 和数据库安装的更多内容，可以参考 http://docs.djangoproject.com/en/dev/topics/install/#data- base-installation.。
最近还有快速发展的非关系数据库（NoSQL）。大概这是因为这种类型的系统提供了额外的可扩展性，能面对不断增长的数据量。如果处理像 Facebook、Twitter 或类似服务那样的海量数据，关系数据库需要手动分区（切分）。如果需要使用 NoSQL 数据库，如 MongoDB 或 Google App Engine 的原生Datastore，可以尝试 Django-nonrel，这样用户就可以选择使用关系或非关系数据库。（需要说明一下，Goolge App Engine 也有一个关系数据库（兼容MySQL），即 Google Cloud SQL）。
可以从 http://www.allbuttonspressed.com/projects/ django-nonrel 下载Django-nonrel，以及其适配器，参见 https:// github.com/FlaPer87/django-mongodb-engine（Django 和MongoDB），或者 http://www.allbuttonspressed.com/projects/djangoappengine（Django 和Google App Engine 的 Datastore）。在本书编写时，由于 Django-nonrel 是Django 的分支，因此只能安装其中一个。主要原因是因为需要在开发环境和生产环境中使用相同的版本。如同在 http://www. allbuttonspressed.com/projects/django-nonrel 上说的那样，“（Django-nonrel）只对 Django 进行了一丁点修改（可能少于 100 行）”。Django-nonrel 可作为压缩文件下载，所以直接解压它， 在对应的目录中执行下面的命令。
$ sudo python setup.py install
如果下载Django 压缩包，其安装方法完全相同（如下所示），所以完全可以跳过下一节， 直接开始学习教程。
安装 Django
有多种方法可以安装 Django，下面对这些安装方法按难易程度排序，越靠前的越简单。
- Python 包管理器
- 操作系统包管理器
- 官方发布的压缩包
- 源码库
最简单的下载和安装方式是使用 Python 包管理工具，如 Setuptools 中的 easy_install
（http://packages.python.org/distribute/easy_install.html），或 pip（http:// pip.openplans.org），所有平台上都可使用这两个工具。对于 Windows 用户，使用 Setuptools 时需要将 easy_install.exe
文件放在Python 安装目录下的 Scripts 文件夹中。此时只须在 DOS 命令行窗口中使用一条命令就能安装 Django。
C:\WINDOWS\system32>easy_install django Searching for django Reading http://pypi.python.org/simple/django/ Reading http://www.djangoproject.com/ Best match: Django 1.2.7 Downloading http://media.djangoproject.com/releases/1.2/Django- 1.2.7.tar.gz Processing Django-1.2.7.tar.gz . . . Adding django 1.2.7 to easy-install.pth file Installing django-admin.py script to c:\python27\Scripts Installed c:\python27\lib\site-packages\django-1.2.7-py2.7.egg Processing dependencies for django Finished processing dependencies for django
为了无须输入easy_install.exe的全路径，建议将C:\Python2x\Scipts添加到PATH环境变量 ① 中，其中 2.x根据Python的版本来决定。如果使用的是POSIX系统，easy_install会安装到众所周知的/usr/bin或/usr/local/bin中，所以无须再将其添加到PATH中，但可能需要使用sudo命令来将软件安装到一些典型的系统目录中，如/usr/local。命令如下所示。
$ sudo easy_install django
pip 的命令（不使用 virtuabanv）如下所示。
$ pip install django ＃sudo
只有在安装到需要超级用户权限的路径中时才会用到sudo；如果安装到用户目录中则不需要。这里还建议使用“容器”环境，如 virtualenv。使用 virtualenv 可以同时安装多个版本的Python、Django、数据库等。每个环境在独立的容器中运行，可以自由创建、管理、执行、销毁。关于 virtualenv 的更多内容可以参见 http://pypi.python.org/pypi/virtualenv。
另一种安装 Django 的方式是使用操作系统自带的包管理器（前提是系统有包管理器）。一般仅限于 POSIX 类的操作系统，如 Linux 和 Mac OS X。操作命令如下所示。
(Linux) $ sudo COMMAND install django (Mac OS X) $ sudo port install django
① Windows 系统用户可以修改PATH 环境变量。首先右击“我的电脑”，接着选择“属性”。在弹出的对话框中，选择“高级”标签，最后单击“环境变量”按钮。
对于 Linux 用户，COMMAND 是对应发行版的包管理器，如 apt-get、yum、aptitude 等。可以从 http://docs.djangoproject.com/en/dev/ misc/distributions 中找到不同发行版的安装指导。
除了上面提到的方法之外，还可以从 Django 网站直接下载并安装原始发布的压缩包。下载并解压后，就可以使用普通的命令进行安装。
$ sudo python setup.py install
在 http://docs.djangoproject.com/en/dev/topics/install/#installing-an-official-release 中可以找到更详细的安装指南。
专业开发者可能更喜欢从 Subversion 源码树中自行获取最新的源码。关于这种安装过程，可以参考 http://docs.djangoproject.com/en/dev/topics/install/#installing-the-development-version。
最后，http://docs.djangoproject.com/en/dev/topics/install/#install-the-django-code 包含了所有的安装指南。
下一步是设置服务器，确保所有组件安装完毕并能正常工作。但在此之前，先介绍一些基本的 Django 概念、项目（project）和应用（app）。
11.4 项目和应用
Django 中的项目和应用是什么？简单来说，可以认为项目是一系列文件，用来创建并运行一个完整的 Web 站点。在项目文件夹下，有一个或多个子文件夹，每个子文件夹有特定的功能，称为应用。应用并不一定要位于项目文件夹中。应用可以专注于项目某一方面的功能， 或可以作为通用组件，用于不同的项目。应用是一个具有特定功能的子模块，这些子模块组合起来就能完成 Web 站点的功能。如管理用户/读者反馈、更新实时信息、处理数据、从站点聚合数据等。
从Pinax 平台上能找到比较著名的可重用的 Django 应用。其中包括（但不限于）验证模块（OpenID 支持、密码管理等）、消息处理（E-mail 验证、通知、用户间联系、兴趣小组、主题讨论等），以及其他功能，如项目管理、博客、标签、导入联系人等。关于 Pinax 的更多内容可以访问其网站：http://pinaxproject.com。
项目和应用的概念简化了可插拔的使用方式，同时也强烈鼓励了敏捷设计和代码重用。现在知道了什么是项目和应用，下面开始创建一个项目。
11.4.1 在 Django 中创建项目
Django 带有一个名为 django-admin.py 的工具，它可以简化任务，如创建前面提到的项目目录。在 POSIX 平台上，它一般会安装到/usr/local/bin、/usr/bin 这样的目录中。如果使用的是 Windows 系统，它会安装到 Scripts 文件夹下，该文件夹位于 Python 安装目录下，如 C:\Python27\Scripts 。无论是 POSIX 还是 Windows 系统， 都应该确保django-admin.py 位于 PATH 环境变量中，这样它在可以在命令行中执行（否则需要使用全路径名调用解释器）。
对于 Windows 系统，需要手动将 C:\Python27 和 C:\Python27\Scripts（或自己设定的其他 Python 安装路径）添加到 PATH 变量中。首先打开控制面板，单击“系统”；或右击“我的电脑”，接着选择“属性”。在打开的窗口中选择“高级”标签，单击“环境变量”按钮。可以选择编辑单个用户的 PATH 项（上方的列表框），或者所有用户的 PATH（下方的列表框），接着在 Variable Value 文本框中的末尾添加“;C:\Python27;C:\Python27\Scripts”，如图 11-1 所示。
在（任意一个平台上）设置好 PATH 以后，应该可以执行 Python 并获得一个交互式解释器，并查看 Django 的 django-admin.py 命令的使用方法。打开 UNIX shell 或 DOS 命令行，执行命令的名称。如果一切正常，就继续下面的内容。
下一步是到转到需要放置代码的文件夹或目录中。要在当前目录中创建项目，可以使用下面的命令（这里使用比较常见的项目名，如 mysite，读者也可以使用其他名称）。
$ django-admin.py startproject mysite
图 11-1 将Python 添加到 Windows PATH 变量中
注意，如果使用的是 Windows PC，首先必须打开 DOS 命令行窗口。在 DOS 中，命令行提示符类似C:\WINDOWS\system32，而不是 POSIX 系统中的美元符号（$）或老式机器中的百分号（%），现在来看这些命令创建在该目录下创建了哪些内容。在 POSIX 系统上它应该类似下面这样。
| $ cd mysite $ ls -l total 32 | ||||
| -rw-r–r– | 1 wesley | admin | 0 Dec | 7 17:13 init .py |
| -rw-r–r– | 1 wesley | admin | 546 Dec | 7 17:13 manage.py |
| -rw-r–r– | 1 wesley | admin | 4778 Dec | 7 17:13 settings.py |
| -rw-r–r– | 1 wesley | admin | 482 Dec | 7 17:13 urls.py |
如果在 Windows 上开发，打开文件浏览器，找到这个文件夹，如图 11-2 所示，已经预先创建了名为 C:\py\django 的文件夹，用于放置项目。
图 11-2 Windows 系统上的 mysite 文件夹
在 Django 中，基本的项目含有 4 个文件，分别是 init .py、manage.py、setting.py、urls.py（后面会添加到应用中）。表 11-1 解释了这些文件的用途。
表 11-1 Django 项 目 文 件
| 文 件 名 | 描述/用途 |
| __init__ .py | 告诉Python 这是一个软件包 |
| urls.py | 全局 URL 配置(“URLconf”) |
| settings.py | 项目相关的配置 |
| manage.py | 应用的命令行接口 |
读者会注意到，startproject 命令创建的每个文件都是纯Python 源码文件，没有.ini 文件、XML 数据，或其他配置语法。Django 尽力坚持“纯粹的 Python”这一信条。这样既可以在不向框架添加复杂东西的情况下拥有灵活性，同时也可以根据不同的情况从其他文件导入额外的配置，或动态计算数值，而不是硬编码。Django 中不适用其他内容，只有纯 Python。读者也可能注意到了 django-admin.py 也是 Python 脚本。其作为用户和项目之间的命令行接口。而 manage.py 同样可以用这种方式管理应用（这两条命令都有 Help 选项，可以从中了解到关于使用方面更多的信息）。
11.4.2 运行开发服务器
到目前为止，还没有创建一个应用。尽管如此，已经可以使用一些 Django 功能了。其中一个最方便的是 Django 内置的 Web 服务器。该服务器运行在本地，专门用于开发阶段。注意，这里强烈建议不要用这个服务器部署公开页面，因为其仅用于开发用途。
为什么会存在这个开发服务器？主要有以下几点原因。
1．使用开发服务器，可以直接运行与测试项目和应用，无需完整的生产环境。
2．当改动 Python 源码文件并重新载入模块时，开发服务器会自动检测。这样既能节省时间，也能方便地使用系统，无须每次编辑代码后手动重启。
3．开发服务器知道如何为 Django 管理应用程序寻找和显示静态媒体文件，所以无须立即了解管理方面的内容（后面会介绍相关内容，现在只是不要把它与django-admin.py 脚本弄混了）。
通过项目中的 manage.py 工具，可以使用下面这个简单的命令运行开发服务器。
(POSIX) $ python ./manage.py runserver (PCs) C:\py\django\mysite> python manage.py runserver
如果使用POSIX 系统，并使用$ chmod 755 manage.py 来授予脚本执行许可，就无须显式调用 python，如$ ./manage.py runserver。在 DOS 命令行窗口中也同样可以做到，只需 Python 正确安装到 Windows 注册表中即可。
启动服务器后，应该能看到和下面例子相似的输出（Windows 使用不同的键组合来退出程序）。
Validating models... 0 errors found. Django version 1.2, using settings 'mysite.settings' Development server is running at http://127.0.0.1:8000/ Quit the server with CONTROL-C.
在浏览器中打开链接（http://127.0.0.1:8000/或 http://localhost:8000/），就可以看到 Django的“It worked！”页面，如图 11-3 所示。
如果需要使用不同的端口运行服务器，可以在命令行中指定。例如，如果需要在端口 8080 运行它，可以使用这条命令：$ python ./manage.py runserver 8080。读者可以在下面这个链接中找到所有的 runserver 选项：http://docs.djangoproject.com/en/dev/ref/django-admin/#django-a dmin-runserver。
如果看到了图 11-3 中的“It worked!”页面，那么就表示一切正常。此时，如果查看命令行中的会话，可以看到开发服务器已经记录了GET 请求。
[11/Dec/2010 14:15:51] "GET / HTTP/1.1" 200 2051
图 11-3 Django 初始的“It worked!”页面
日志的每一行含有 4 个部分，从左到右，依次是时间戳、请求、HTTP 响应编码，以及字节数（读者可能有不同的字节数） 。“It worked！”页面很友好地告诉用户开发服务器正在工作，现在可以创建应用了。如果服务器没有正常工作，检查前面的步骤。此时甚至可以直接删除整个项目，从头开始，而不是在这里就开始调试。
当服务器成功运行时，就可以设置第一个Django 应用。
11.5 “Hello World”应用（一个博客）
既然拥有了一个项目，就可以在其中创建应用。为了创建一个博客应用，继续使用 manage.py：
$ ./manage.py startapp blog
如之前的项目一样，这里可以自行起名字，并不一定要使用 blog 这个名称。这一步与启动一个项目同样简单。现在在项目目录中有了一个 blog 目录。下面介绍了其中的内容，首先用POSIX 格式列出其中的内容，接着使用 Windows 的截图显示（见图 11-4）。
$ ls -l blog total 24 -rw-r--r-- 1 wesley admin 0 Dec 8 18:08 init .py -rw-r--r-- 1 wesley admin 175 Dec 10 18:30 models.py -rw-r--r-- 1 wesley admin 514 Dec 8 18:08 tests.py -rw-r--r-- 1 wesley admin 26 Dec 8 18:08 views.py
图 11-4 Windows 系统中的 blog 文件夹
表 11-2 介绍了其中的应用文件。
表 11-2 Django 应 用 文 件
| 文 件 名 | 描 述 / 目 的 |
| init .py | 告诉Python 这是一个包 |
| urls.py | 应用的 URL 配置文件（“URLconf”），这个文件并不像项目的 URLconf 那样自动创建（所以上面的截图中没有） |
| models.py | 数据模型 |
| views.py | 视图函数（即 MVC 中的控制器） |
| tests.py | 单元测试 |
与项目类似，应用也是一个 Python 包。但在这里，models.py 和 views.py 文件中目前还没有真正的代码，需要开发者在今后添加代码。单元测试文件 tests.py 也是如此。同样，即使可以使用项目的 URLconf 来分派访问，也不会自动创建本地应用的 URLconf。这需要手动创建它，接着使用项目 URLconf 里的 include()指令将请求分配给应用的URLconf。
为了让Django 知道这个新的应用是项目的一部分，需要编辑settings.py（可以将其理解为配置文件）。使用编辑器打开这个文件，找到位于底部的 INSTALLED_APPS 这个元组。将应用名称（blog）添加到元组的末尾，如下所示。
INSTALLED_APPS = ( . . . 'blog', )
虽然结尾的逗号不是必需的，但如果今后向该元组中添加其他项，就无须添加逗号。Django 使用INSTALLED_APPS 来配置系统的不同部分，包括自动管理应用程序和测试框架。