通过demo学习OpenStack开发所需的基础知识 -- API服务(4)

摘要：到这里，我们的服务的框架已经搭建完成，并且测试服务器也跑起来了。上面的代码也就可以修改为再次运行我们的测试服务器，就可以返现返回值为格式了。我们先来完成利用来检查返回值的代码方法的第一个参数表示返回值的类型这样就完成了的返回值检查了。

上一篇文章说到，我们将以实例的形式来继续讲述这个API服务的开发知识，这里会使用Pecan和WSME两个库。

要开发REST API服务，我们首先需要设计一下这个服务。设计包括要实现的功能，以及接口的具体规范。我们这里要实现的是一个简单的用户管理接口，包括增删改查等功能。如果读者对REST API不熟悉，可以先从Wiki页面了解一下。

另外，为了方便大家阅读和理解，本系列的代码会放在github上，diabloneo/webdemo。

在OpenStack的项目中，都是在URL中表明这个API的版本号的，比如Keystone的API会有/v2.0和/v3的前缀，表明两个不同版本的API；Magnum项目目前的API则为v1版本。因为我们的webdemo项目才刚刚开始，所以我们也把我们的API版本设置为v1，下文会说明怎么实现这个version号的设置。

我们将要设计一个管理用户的API，这个和Keystone的用户管理的API差不多，这里先列出每个API的形式，以及简要的内容说明。这里我们会把上面提到的version号也加入到URL path中，让读者能更容易联系起来。

GET /v1/users 获取所有用户的列表。
POST /v1/users 创建一个用户
GET /v1/users/ 获取一个特定用户的详细信息。
PUT /v1/users/ 修改一个用户的详细信息。
DELETE /v1/users/ 删除一个用户。

这些就是我们要实现的用户管理的API了。其中，表示使用一个UUID字符串，这个是OpenStack中最经常被用来作为各种资源ID的形式，如下所示：

In [5]: import uuid
In [6]: print uuid.uuid4()
adb92482-baab-4832-84bc-f842f3eabd66
In [7]: print uuid.uuid4().hex
29520c88de6b4c76ae8deb48db0a71e7

因为是个demo，所以我们设置一个用户包含的信息会比较简单，只包含name和age。

接下来就要开始编码工作了。首先要把整个服务的框架搭建起来。我们会在软件包管理这篇文件中的代码基础上继续我们的demo（所有这些代码在github的仓库里都能看到）。

一般来说，OpenStack项目中，使用Pecan来开发API服务时，都会在代码目录下有一个专门的API目录，用来保存API相关的代码。比如Magnum项目的magnum/api，或者Ceilometer项目的ceilometer/api等。我们的代码也遵守这个规范，让我们直接来看下我们的代码目录结构（#后面的表示注释）：

➜ ~/programming/python/webdemo/webdemo/api git:(master) ✗ $ tree .
.
├── app.py           # 这个文件存放WSGI application的入口
├── config.py        # 这个文件存放Pecan的配置
├── controllers/     # 这个目录用来存放Pecan控制器的代码
├── hooks.py         # 这个文件存放Pecan的hooks代码（本文中用不到）
└── __init__.py

这个在API服务(3)这篇文章中已经说明过了。

为了后面更好的开发，我们需要先让我们的服务在本地跑起来，这样可以方便自己做测试，看到代码的效果。不过要做到这点，还是有些复杂的。

首先，先创建config.py文件的内容：

app = {
    "root": "webdemo.api.controllers.root.RootController",
    "modules": ["webdemo.api"],
    "debug": False,
}

就是包含了Pecan的最基本配置，其中指定了root controller的位置。然后看下app.py文件的内容，主要就是读取config.py中的配置，然后创建一个WSGI application：

import pecan

from webdemo.api import config as api_config


def get_pecan_config():
    filename = api_config.__file__.replace(".pyc", ".py")
    return pecan.configuration.conf_from_file(filename)


def setup_app():
    config = get_pecan_config()

    app_conf = dict(config.app)
    app = pecan.make_app(
        app_conf.pop("root"),
        logging=getattr(config, "logging", {}),
        **app_conf
    )

    return app

然后，我们至少还需要实现一下root controller，也就是webdemo/api/controllers/root.py这个文件中的RootController类：

from pecan import rest
from wsme import types as wtypes
import wsmeext.pecan as wsme_pecan


class RootController(rest.RestController):

    @wsme_pecan.wsexpose(wtypes.text)
    def get(self):
        return "webdemo"

为了继续开放的方便，我们要先创建一个Python脚本，可以启动一个单进程的API服务。这个脚本会放在webdemo/cmd/目录下，名称是api.py（这目录和脚本名称也是惯例），来看看我们的api.py吧：

from wsgiref import simple_server

from webdemo.api import app


def main():
    host = "0.0.0.0"
    port = 8080

    application = app.setup_app()
    srv = simple_server.make_server(host, port, application)

    srv.serve_forever()


if __name__ == "__main__":
    main()

要运行这个测试服务器，首先需要安装必要的包，并且设置正确的路径。在后面的文章中，我们将会知道，这个可以通过tox这个工具来实现。现在，我们先做个简单版本的，就是手动创建这个运行环境。

首先，完善一下requirements.txt这个文件，包含我们需要的包：

pbr<2.0,>=0.11
pecan
WSME

然后，我们手动创建一个virtualenv环境，并且安装requirements.txt中要求的包：

➜ ~/programming/python/webdemo git:(master) ✗ $ virtualenv .venv
New python executable in .venv/bin/python
Installing setuptools, pip, wheel...done.
➜ ~/programming/python/webdemo git:(master) ✗ $ source .venv/bin/activate
(.venv)➜ ~/programming/python/webdemo git:(master) ✗ $ pip install -r requirement.txt
...
Successfully installed Mako-1.0.3 MarkupSafe-0.23 WSME-0.8.0 WebOb-1.5.1 WebTest-2.0.20 beautifulsoup4-4.4.1 logutils-0.3.3 netaddr-0.7.18 pbr-1.8.1 pecan-1.0.3 pytz-2015.7 simplegeneric-0.8.1 singledispatch-3.4.0.3 six-1.10.0 waitress-0.8.10

启动服务需要技巧，因为我们的webdemo还没有安装到系统的Python路径中，也不在上面创建virtualenv环境中，所以我们需要通过指定PYTHONPATH这个环境变量来为Python程序增加库的查找路径：

(.venv)➜ ~/programming/python/webdemo git:(master) ✗ $ PYTHONPATH=. python webdemo/cmd/api.py

现在测试服务器已经起来了，可以通过浏览器访问http://localhost:8080/ 这个地址来查看结果。（你可能会发现，返回的是XML格式的结果，而我们想要的是JSON格式的。这个是WSME的问题，我们后面再来处理）。

到这里，我们的REST API服务的框架已经搭建完成，并且测试服务器也跑起来了。

现在我们来实现我们在第一章设计的API。这里先说明一下：我们会直接使用Pecan的RestController来实现REST API，这样可以不用为每个接口指定接受的method。

现在，所有的OpenStack项目的REST API的返回格式都是使用JSON标准，所以我们也要这么做。那么有什么办法能够让WSME框架返回JSON数据呢？可以通过设置wsmeext.pecan.wsexpose()的rest_content_types参数来是先。这里，我们借鉴一段Magnum项目中的代码，把这段代码存放在文件webdemo/api/expose.py中：

import wsmeext.pecan as wsme_pecan


def expose(*args, **kwargs):
    """Ensure that only JSON, and not XML, is supported."""
    if "rest_content_types" not in kwargs:
        kwargs["rest_content_types"] = ("json",)

    return wsme_pecan.wsexpose(*args, **kwargs)

这样我们就封装了自己的expose装饰器，每次都会设置响应的content-type为JSON。上面的root controller代码也就可以修改为：

from pecan import rest
from wsme import types as wtypes

from webdemo.api import expose


class RootController(rest.RestController):

    @expose.expose(wtypes.text)
    def get(self):
        return "webdemo"

再次运行我们的测试服务器，就可以返现返回值为JSON格式了。

这个其实就是实现v1这个版本的API的路径前缀。在Pecan的帮助下，我们很容易实现这个，只要按照如下两步做即可：

先实现v1这个controller

把v1 controller加入到root controller中

按照OpenStack项目的规范，我们会先建立一个webdemo/api/controllers/v1/目录，然后将v1 controller放在这个目录下的一个文件中，假设我们就放在v1/controller.py文件中，效果如下:

from pecan import rest
from wsme import types as wtypes

from webdemo.api import expose


class V1Controller(rest.RestController):

    @expose.expose(wtypes.text)
    def get(self):
        return "webdemo v1controller"

然后把这个controller加入到root controller中：

...
from webdemo.api.controllers.v1 import controller as v1_controller
from webdemo.api import expose


class RootController(rest.RestController):
    v1 = v1_controller.V1Controller()

    @expose.expose(wtypes.text)
    def get(self):
        return "webdemo"

此时，你访问http://localhost:8080/v1就可以看到结果了。

这个API就是返回所有的用户信息，功能很简单。首先要添加users controller到上面的v1 controller中。为了不影响阅读体验，这里就不贴代码了，请看github上的示例代码。

上篇文章中，我们已经提到了WSME可以用来规范API的请求和响应的值，这里我们就要用上它。首先，我们要参考OpenStack的惯例来设计这个API的返回值：

{
  "users": [
    {
      "name": "Alice",
      "age": 30
    },
    {
      "name": "Bob",
      "age": 40
    }
  ]
}

其中users是一个列表，列表中的每个元素都是一个user。那么，我们要如何使用WSME来规范我们的响应值呢？答案就是使用WSME的自定义类型。我们可以利用WSME的类型功能定义出一个user类型，然后再定义一个user的列表类型。最后，我们就可以使用上面的expose方法来规定这个API返回的是一个user的列表类型。

这里我们需要用到WSME的Complex types的功能，请先看一下文档Types。简单说，就是我们可以把WSME的基本类型组合成一个复杂的类型。我们的类型需要继承自wsme.types.Base这个类。因为我们在本文只会实现一个user相关的API，所以这里我们把所有的代码都放在webdemo/api/controllers/v1/users.py文件中。来看下和user类型定义相关的部分：

from wsme import types as wtypes


class User(wtypes.Base):
    name = wtypes.text
    age = int


class Users(wtypes.Base):
    users = [User]

这里我们定义了class User，表示一个用户信息，包含两个字段，name是一个文本，age是一个整型。class Users表示一组用户信息，包含一个字段users，是一个列表，列表的元素是上面定义的class User。完成这些定义后，我们就使用WSME来检查我们的API是否返回了合格的值；另一方面，只要我们的API返回了这些类型，那么就能通过WSME的检查。我们先来完成利用WSME来检查API返回值的代码：

class UsersController(rest.RestController):

    # expose方法的第一个参数表示返回值的类型
    @expose.expose(Users)
    def get(self):
        pass

这样就完成了API的返回值检查了。

我们现在来完成API的逻辑部分。不过为了方便大家理解，我们直接返回一个写好的数据，就是上面贴出来的那个。

class UsersController(rest.RestController):

    @expose.expose(Users)
    def get(self):
        user_info_list = [
            {
                "name": "Alice",
                "age": 30,
            },
            {
                "name": "Bob",
                "age": 40,
            }
        ]
        users_list = [User(**user_info) for user_info in user_info_list]
        return Users(users=users_list)

代码中，会先根据user信息生成User实例的列表users_list，然后再生成Users实例。此时，重启测试服务器后，你就可以从浏览器访问http://localhost:8080/v1/users，就能看到结果了。

这个API会接收用户上传的一个JSON格式的数据，然后打印出来（实际中一般是存到数据库之类的），要求用户上传的数据符合User类型的规范，并且返回的状态码为201。代码如下：

class UsersController(rest.RestController):

    @expose.expose(None, body=User, status_code=201)
    def post(self, user):
        print user

可以使用curl程序来测试：

 ~/programming/python/webdemo git:(master) ✗ $ curl -X POST http://localhost:8080/v1/users -H "Content-Type: application/json" -d "{"name": "Cook", "age": 50}" -v
*   Trying 127.0.0.1...
* Connected to localhost (127.0.0.1) port 8080 (#0)
> POST /v1/users HTTP/1.1
> Host: localhost:8080
> User-Agent: curl/7.43.0
> Accept: */*
> Content-Type: application/json
> Content-Length: 27
>
* upload completely sent off: 27 out of 27 bytes
* HTTP 1.0, assume close after body
< HTTP/1.0 201 Created
< Date: Mon, 16 Nov 2015 15:18:24 GMT
< Server: WSGIServer/0.1 Python/2.7.10
< Content-Length: 0
<
* Closing connection 0

同时，服务器上也会打印出：

127.0.0.1 - - [16/Nov/2015 23:16:28] "POST /v1/users HTTP/1.1" 201 0

我们用3行代码就实现了这个POST的逻辑。现在来说明一下这里的秘密。expose装饰器的第一个参数表示这个方法没有返回值；第三个参数表示这个API的响应状态码是201，如果不加这个参数，在没有返回值的情况下，默认会返回204。第二个参数要说明一下，这里用的是body=User，你也可以直接写User。使用body=User这种形式，你可以直接发送符合User规范的JSON字符串；如果是用expose(None, User, status_code=201)那么你需要发送下面这样的数据：

{ "user": {"name": "Cook", "age": 50} }

你可以自己测试一下区别。要更多的了解本节提到的expose参数，请参考WSM文档Functions。

最后，你接收到一个创建用户请求时，一般会为这个用户分配一个id。本文前面已经提到了OpenStack项目中一般使用UUID。你可以修改一下上面的逻辑，为每个用户分配一个UUID。

要实现这个API，需要两个步骤：

在UsersController中解析出的部分，然后把请求传递给这个一个新的UserController。从命名可以看出，UsersController是针对多个用户的，UserController是针对一个用户的。

在UserController中实现get()方法。

Pecan的_lookup()方法是controller中的一个特殊方法，Pecan会在特定的时候调用这个方法来实现更灵活的URL路由。Pecan还支持用户实现_default()和_route()方法。这些方法的具体说明，请阅读Pecan的文档：routing。

我们这里只用到_lookup()方法，这个方法会在controller中没有其他方法可以执行且没有_default()方法的时候执行。比如上面的UsersController中，没有定义/v1/users/如何处理，它只能返回404；如果你定义了_lookup()方法，那么它就会调用该方法。

_lookup()方法需要返回一个元组，元组的第一个元素是下一个controller的实例，第二个元素是URL path中剩余的部分。

在这里，我们就需要在_lookup()方法中解析出UUID的部分并传递给新的controller作为新的参数，并且返回剩余的URL path。来看下代码：

class UserController(rest.RestController):

    def __init__(self, user_id):
        self.user_id = user_id


class UsersController(rest.RestController):

    @pecan.expose()
    def _lookup(self, user_id, *remainder):
        return UserController(user_id), remainder

_lookup()方法的形式为_lookup(self, user_id, *remainder)，意思就是会把/v1/users/中的部分作为user_id这个参数，剩余的按照"/"分割为一个数组参数（这里remainder为空）。然后，_lookup()方法里会初始化一个UserController实例，使用user_id作为初始化参数。这么做之后，这个初始化的控制器就能知道是要查找哪个用户了。然后这个控制器会被返回，作为下一个控制被调用。请求的处理流程就这么转移到UserController中了。

实现前，我们要先修改一下我们返回的数据，里面需要增加一个id字段。对应的User定义如下：

class User(wtypes.Base):
    id = wtypes.text
    name = wtypes.text
    age = int

现在，完整的UserController代码如下：

class UserController(rest.RestController):

    def __init__(self, user_id):
        self.user_id = user_id

    @expose.expose(User)
    def get(self):
        user_info = {
            "id": self.user_id,
            "name": "Alice",
            "age": 30,
        }
        return User(**user_info)

使用curl来检查一下效果：

➜ ~/programming/python/webdemo git:(master) ✗ $ curl http://localhost:8080/v1/users/29520c88de6b4c76ae8deb48db0a71e7
{"age": 30, "id": "29520c88de6b4c76ae8deb48db0a71e7", "name": "Alice"}

你可能会有疑问：这里我们修改了User类型，增加了一个id字段，那么前面实现的POST /v1/users会不会失效呢？你可以自己测试一下。（答案是不会，因为这个类型里的字段都是可选的）。这里顺便讲两个技巧。

如何设置一个字段为强制字段

像下面这样做就可以了（你可以测试一下，改成这样后，不传递id的POST /v1/users会失败）：

class User(wtypes.Base):
    id = wtypes.wsattr(wtypes.text, mandatory=True)
    name = wtypes.text
    age = int

如何检查一个可选字段的值是否存在

检查这个值是否为None是肯定不行的，需要检查这个值是否为wsme.Unset。

这个和上一个API一样，不过_lookup()方法已经实现过了，直接添加方法到UserController中即可：

class UserController(rest.RestController):

    @expose.expose(User, body=User)
    def put(self, user):
        user_info = {
            "id": self.user_id,
            "name": user.name,
            "age": user.age + 1,
        }
        return User(**user_info)

通过curl来测试：

➜ ~/programming/python/webdemo git:(master) ✗ $ curl -X PUT http://localhost:8080/v1/users/29520c88de6b4c76ae8deb48db0a71e7 -H "Content-Type: application/json" -d "{"name": "Cook", "age": 50}"
{"age": 51, "id": "29520c88de6b4c76ae8deb48db0a71e7", "name": "Cook"}% 

同上，没有什么新的内容：

class UserController(rest.RestController):

    @expose.expose()
    def delete(self):
        print "Delete user_id: %s" % self.user_id

到此为止，我们已经完成了我们的API服务了，虽然没有实际的逻辑，但是本文搭建起来的框架也是OpenStack中API服务的一个常用框架，很多大项目的API服务代码都和我们的webdemo长得差不多。最后再说一下，本文的代码在github上托管着：diabloneo/webdemo。

现在我们已经了解了包管理和API服务了，那么接下来就要开始数据库相关的操作了。大部分OpenStack的项目都是使用非常著名的sqlalchemy库来实现数据库操作的，本系列接下来的文章就是要来说明数据库的相关知识和应用。