Python框架篇(5):FastApi-中间件使用

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1.介绍

1.1 官网介绍

"中间件"是一个函数,它在每个请求被特定的路径操作处理之前,以及在每个响应返回之前工作.

  • 它接收你的应用程序的每一个 请求.
  • 然后它可以对这个 请求做一些事情或者执行任何需要的代码.
  • 然后它将 请求传递给应用程序的其他部分 (通过某种 路径操作).
  • 然后它获取应用程序生产的 响应 (通过某种 路径操作).
  • 它可以对该 响应做些什么或者执行任何需要的代码.
  • 然后它返回这个 响应.

1.2 中间件工作示意图

alt

1.3 官方使用示例

import time
from fastapi import FastAPI, Request

app = FastAPI()

@app.middleware("http")
async def add_process_time_header(request: Request, call_next):
    start_time = time.time()
    response = await call_next(request)
    process_time = time.time() - start_time
    response.headers["X-Process-Time"] = str(process_time)
    return response

2. 快速使用

从官方示例可以看出中间件函数要和FastAPI实例在一个文件才能通过注解的方式这种虽然使用起来比较简单但是不太合适扩展和项目结构管理下面是通过函数add_middleware来注册中间件。

2.1 创建中间件

在包app/middleware下并新增文件usetime_middleware.py文件内容如下:

import time
from fastapi import Request
from starlette.middleware.base import BaseHTTPMiddleware
from starlette.responses import Response


class UseTimeMiddleware(BaseHTTPMiddleware):
    """ 计算耗时中间件"""

    def __init__(self, app):
        super().__init__(app)

    async def dispatch(self, request: Request, call_next) -> Response:
        """ 请求耗时 """
        start_time = time.time()
        # 调用下一个中间件或路由处理函数
        result = await call_next(request)
        process_time = time.time() - start_time
        result.headers["X-Process-Time"] = str(process_time)
        return result

@注意:我们定义的中间件类UseTimeMiddleware要继承基础类BaseHTTPMiddleware

2.2 封装注册函数

在包app/middleware/__init__.py引用,并封装统一注册方法

from fastapi import FastAPI
from .usetime_middleware import UseTimeMiddleware

def registerMiddlewareHandle(server: FastAPI):
    # 添加耗时请求中间件
    server.add_middleware(UseTimeMiddleware)

2.3 调用注册函数

修改main.py文件修改内容如下:

from app import errors, middleware
...

# 实例化
server = FastAPI(redoc_url=None, docs_url="/apidoc", title="FastAPI学习")

# # 注册中间件
middleware.registerMiddlewareHandle(server)
...

2.4 添加路由

修改app/router/demo_router.py文件新增内容如下:

@router.get("/middle/useTime")
async def middleUseTime() -> response.HttpResponse:
    """
    中间件使用-演示
    """
    # 随机暂停时间
    seconds = random.randint(500, 5000) / 1000
    print("暂停时间:", seconds)
    time.sleep(seconds)
    return response.ResponseSuccess(seconds)

2.5 验证

alt

3.多中间件顺序

3.1 创建多个中间件

# 文件: app/middleware/test_middleware.py
from fastapi import Request
from starlette.middleware.base import BaseHTTPMiddleware
from starlette.responses import Response
class TestMiddleware(BaseHTTPMiddleware):
    """ 测试顺序中间件"""

    def __init__(self, app):
        super().__init__(app)

    async def dispatch(self, request: Request, call_next) -> Response:
        print("调用-中间件-TestMiddleware---before")
        # 调用下一个中间件或路由处理函数
        result = await call_next(request)
        print("调用-中间件-TestMiddleware---after")
        return result
 

# -------------- 另外一个中间件  --------------

# 文件: app/middleware/test_middleware.py
from fastapi import Request
from starlette.middleware.base import BaseHTTPMiddleware
from starlette.responses import Response


class TokenMiddleware(BaseHTTPMiddleware):
    """ token验证中间件 """

    def __init__(self, app):
        super().__init__(app)

    async def dispatch(self, request: Request, call_next) -> Response:
        token = request.headers.get("X-Token", "")
        print("调用-token验证中间件-TokenMiddleware---before", token)
        result = await call_next(request)
        print("调用-token验证中间件-TokenMiddleware---after", token)
        return result

3.2 注册

修文件app/middleware/__init__.py中统一注册中间件方法

from fastapi import FastAPI
from .usetime_middleware import UseTimeMiddleware
from .token_middleware import TokenMiddleware
from .test_middleware import TestMiddleware


def registerMiddlewareHandle(server: FastAPI):
    # 添加token验证中间件
    server.add_middleware(TokenMiddleware)
    # 添加耗时请求中间件
    server.add_middleware(UseTimeMiddleware)
    # 测试
    server.add_middleware(TestMiddleware)

3.3 请求验证

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@总结: 通过实践发现: 中间件的执行顺序和注册顺序正好是相反的先注册的后执行

3.4 add_middleware函数

    def add_middleware(self, middleware_class: type, **options: typing.Any) -> None:
        if self.middleware_stack is not None:  # pragma: no cover
            raise RuntimeError("Cannot add middleware after an application has started")
         # 发现每次调用都会把最后一个中间件放在 索引=0的位置即最前面
        self.user_middleware.insert(0, Middleware(middleware_class, **options))

3.5 优化注册函数

add_middleware函数通过栈的方式(后进先出)注册中间件跟我们的思维相反如果注册的中间件多的话排查问题时很容易被惯性思维误导下面优化了下注册函数: 先注册的先执行

from fastapi import FastAPI
from .usetime_middleware import UseTimeMiddleware
from .token_middleware import TokenMiddleware
from .test_middleware import TestMiddleware

# 定义注册顺序
middlewareList = [
    UseTimeMiddleware,  # 添加耗时请求中间件
    TokenMiddleware,  # 添加token验证中间件
    TestMiddleware  # 测试中间件
]


def registerMiddlewareHandle(server: FastAPI):
    # 倒序中间件
    middlewareList.reverse()
    # 遍历注册
    for _middleware in middlewareList:
        server.add_middleware(_middleware)

4.内置中间件

4.1 常用中间件

框架也提供了一些常用的的内置中间件

  • HTTPSRedirectMiddleware: 将 HTTP 请求重定向到 HTTPS。这个中间件会检查请求的协议如果是 HTTP则自动将请求重定向到相应的 HTTPS 地址;
  • TrustedHostMiddleware: 强制所有传入请求都具有正确设置的 Host 标头以防止 HTTP 主机标头攻击。
  • GZipMiddleware: 用于在响应中压缩内容以减小传输大小。这有助于提高应用程序的性能特别是在处理大量文本或数据时。
  • CORSMiddleware: 用于处理跨域资源共享CORS请求。CORS 是一种浏览器机制允许 Web 页面从不同的域请求不同域的资源。

4.2 CORSMiddleware使用

跨域中间件应该是我们常用的一种中间件具体使用示例如下:

# 导入
from fastapi.middleware.cors import CORSMiddleware

# 注册
 server.add_middleware(
        CORSMiddleware,
        allow_origins=["*"],  # 允许的来源可以是字符串、字符串列表或通配符 "*"
        allow_credentials=True,  # 是否允许携带凭证例如使用 HTTP 认证、Cookie 等
        allow_methods=["*"],  # 允许的 HTTP 方法可以是字符串、字符串列表或通配符 "*"
        allow_headers=["*"],  # 允许的 HTTP 头信息可以是字符串、字符串列表或通配符 "*"
        expose_headers=["*"],  # 允许前端访问的额外响应头可以是字符串、字符串列表
        max_age=600,  # 请求的缓存时间以秒为单位
    )

以下是常用参数的详细说明

  • allow_origins: 允许的来源。可以是字符串、字符串列表或通配符 "*" 表示允许所有来源。
  • allow_credentials: 是否允许携带凭证例如使用 HTTP 认证、 Cookie 等。默认为 False,如果为 True allow_origins 必须为具体的源不可以是 ["*"]。
  • allow_methods: 允许的 HTTP 方法可以是字符串、字符串列表或通配符 "*" 表示允许所有方法。
  • allow_headers: 允许的 HTTP 头信息可以是字符串、字符串列表或通配符 "*" 表示允许所有头信息。
  • expose_headers: 允许前端访问的额外响应头可以是字符串、字符串列表,一般很少指定。
  • max_age: 浏览器缓存 CORS 响应的最长时间单位是秒。默认为 600,一般使用默认值。

4.3 GZipMiddleware使用

# 导入
from fastapi.middleware.gzip import GZipMiddleware

# 注册
server.add_middleware(
    GZipMiddleware,
    minimum_size=500,   # 启用 Gzip 压缩的最小响应体大小单位为字节
    compress_level=6,   # Gzip 压缩级别范围为 0 到 9级别越高压缩率越高但耗费的 CPU 越多
    exclude_mediatypes=["application/json"],  # 不进行 Gzip 压缩的媒体类型可以是字符串或字符串列表
)

以下是常用参数的详细说明

  • minimum_size: 启用 Gzip 压缩的最小响应体大小单位为字节。只有当响应体的内容大于等于 minimum_size 时才会进行 Gzip 压缩。默认为 500 字节。
  • compress_level: Gzip 压缩级别范围为 0 到 9。级别越高压缩率越高但耗费的 CPU 越多。默认为 6。
  • exclude_mediatypes: 不进行 Gzip 压缩的媒体类型可以是字符串或字符串列表。例如可以配置不对 JSON 响应进行压缩。

5.JWT验证

FastAPI框架没有内置的 JWTJSON Web Token中间件我们可以使用第三方库 PyJWT来验证和解码 JWT下面来实现使用示例

5.1 安装

$ pip install pyjwt

5.2 生成token

# 定义秘钥和算法
secret_key = "abcd12345@abcdef"
algorithm = "HS256"

def jwtGenerator() -> str:
    # 构造 payload
    payload = {
        "uid": 1234567,  # 主题通常是用户的唯一标识
        "iat": datetime.utcnow(),  # 签发时间
        "exp": datetime.utcnow() + timedelta(minutes=30),  # 过期时间
        "data": {"user_name": "张三", "uid": 1234567, "phone": "17600000000"}  # 自定义的数据
    }
    # 生成 JWT
    return jwt.encode(payload, secret_key, algorithm=algorithm)
 

 if __name__ == '__main__':
    # 生成token
    token = jwtGenerator()
    print("Token:", token)
 

"""
Token: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1aWQiOjEyMzQ1NjcsImlhdCI6MTcwMjUyODA1MSwiZXhwIjoxNzAyNTI5ODUxLCJkYXRhIjp7InVzZXJfbmFtZSI6Ilx1NWYyMFx1NGUwOSIsInVpZCI6MTIzNDU2NywicGhvbmUiOiIxNzYwMDAwMDAwMCJ9fQ.sV_k75YPdEtI2P7-HlDbGbXWdcdosf1cCImNkux7OGg
"""

5.3 校验token

def parseToken(jwtToken: str) -> str:
    """ 解析token """
    try:
        return jwt.decode(jwtToken, secret_key, algorithms=[algorithm])
    except jwt.ExpiredSignatureError:
        print("JWT has expired.")
        return ""
    except jwt.InvalidTokenError:
        print("Invalid JWT.")
        return ""
  
 
 if __name__ == '__main__':
    token = "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1aWQiOjEyMzQ1NjcsImlhdCI6MTcwMjUyODA1MSwiZXhwIjoxNzAyNTI5ODUxLCJkYXRhIjp7InVzZXJfbmFtZSI6Ilx1NWYyMFx1NGUwOSIsInVpZCI6MTIzNDU2NywicGhvbmUiOiIxNzYwMDAwMDAwMCJ9fQ.sV_k75YPdEtI2P7-HlDbGbXWdcdosf1cCImNkux7OGg"
    # 验证token
    parseToken = parseToken(token)
    print("parseToken:", parseToken)
    
"""
parseToken: {'uid': 1234567, 'iat': 1702528051, 'exp': 1702529851, 'data': {'user_name': '张三', 'uid': 1234567, 'phone': '17600000000'}}
"""    

5.4 封装中间件

在包app/middleware下并新增文件jwt_middleware.py文件内容如下:

from fastapi import Request, status
from fastapi.encoders import jsonable_encoder
from fastapi.responses import JSONResponse
from starlette.middleware.base import BaseHTTPMiddleware, RequestResponseEndpoint
from starlette.responses import Response

from app.types import response, JwtData
from app.utils import JwtManageUtil

# 后期做配置这里临时演示
secret_key = "abcd12345@abcdef"

# 不检查
noCheckTokenPathList = [
    "/apidoc",
    "/openapi.json",
    "/api/user/login"
]


class JwtMiddleware(BaseHTTPMiddleware):
    """ jwt验证中间件 """

    def __init__(self, app):
        super().__init__(app)
        self.jwtUtil = JwtManageUtil(secretKey=secret_key)

    async def dispatch(self, request: Request, call_next):
        # 判断路由是否需要验证
        path = request.url.path
        if path in noCheckTokenPathList:
            return await call_next(request)
        # 获取token
        token = request.headers.get('x-token', '')
        if token == "":
            return JSONResponse(
                status_code=status.HTTP_200_OK,
                content=jsonable_encoder(response.ResponseFail('token不能为空~')))

        # 验证token
        tokenInfo = self.jwtUtil.decode(token, JwtData)
        if not isinstance(tokenInfo, JwtData):
            # 验证失败
            return JSONResponse(
                status_code=status.HTTP_200_OK,
                content=jsonable_encoder(response.ResponseFail(tokenInfo)))

        result = await call_next(request)
        print("token解析成功", tokenInfo)
        return result

限于文章篇幅上面示例中JwtManageUtil代码不在展示具体源代码可在 微信搜索【猿码记】回复 【fastapi】获取

5.5 请求验证

$ curl -X 'GET' \
  'http://127.0.0.1:8000/demo/middle/useTime' \
  -H 'accept: application/json' \
  -H 'X-Token: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJqdGkiOiIyMDIzMTIxNDIwMzEyNzk2ODUiLCJpc3MiOiJcdTczM2ZcdTc4MDFcdThiYjAiLCJpYXQiOjE3MDI1NTcxMDYsImV4cCI6MTcwMjU2MDcwNiwiZGF0YSI6eyJ1aWQiOjExMjIzMzQ0LCJ1bmFtZSI6Ilx1NWYyMFx1NGUwOSJ9fQ.62Nijbs08Oy1wo1-IBfO9RvTGQ3B6aGtaAQt0qrT7-4'
# 返回
{"code":200,"msg":"处理成功","data":1.096,"additional":{"time":"2023-12-14 20:35:00","trace_id":"90060a47fa9850d1ccb1bc9fc1045c8c"}}

# 故意写错token
$ curl -X 'GET' \
  'http://127.0.0.1:8000/demo/middle/useTime' \
  -H 'accept: application/json' \
  -H 'X-Token: 12334'
# 返回
{"code":-1,"msg":"TokenInvalid|token非法","data":null,"additional":{"time":"2023-12-14 20:35:26","trace_id":"5303bc01350d7ab7f029098378d6a264"}}

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