Python使用Flask构建简单Web应用

Flask基础概述

Flask是什么

Flask是一个用Python编写的轻量级Web应用框架。它基于Werkzeug WSGI工具包和Jinja2模板引擎。WSGI（Web Server Gateway Interface）是Python中定义Web服务器与Web应用程序之间接口的规范，Werkzeug实现了这个规范，为Flask提供了底层的请求处理等功能。Jinja2则用于动态生成HTML等模板文件，方便将数据与模板结合展示给用户。

Flask之所以轻量级，是因为它核心功能简洁，开发者可以根据项目需求灵活选择和集成各种扩展。例如，如果需要数据库支持，可以添加SQLAlchemy扩展；如果要处理用户认证，Flask - Login是不错的选择。这种灵活性使得Flask既适合快速搭建小型项目，也能在大型复杂应用中发挥重要作用。

安装Flask

在开始使用Flask构建Web应用之前，需要先安装它。假设你已经安装了Python和pip（Python的包管理工具），在命令行中执行以下命令即可安装Flask：

pip install flask

如果你使用的是虚拟环境（强烈推荐，它可以隔离不同项目的Python包环境，避免版本冲突），在创建并激活虚拟环境后执行上述安装命令。例如，使用venv模块创建虚拟环境：

python -m venv myenv
source myenv/bin/activate  # Windows下使用 myenv\Scripts\activate
pip install flask

创建第一个Flask应用

简单的Hello World示例

创建一个新的Python文件，比如app.py，输入以下代码：

from flask import Flask

app = Flask(__name__)


@app.route('/')
def hello_world():
    return 'Hello, World!'


if __name__ == '__main__':
    app.run()

在这段代码中：

首先从flask模块导入Flask类。
创建一个Flask类的实例app，__name__是Python的一个内置变量，它表示当前模块的名称。Flask用它来确定应用的根路径等信息。
使用@app.route装饰器来定义路由。这里@app.route('/')表示当用户访问网站根路径（例如http://127.0.0.1:5000/）时，会执行下面的hello_world函数。
hello_world函数返回字符串Hello, World!，这个字符串会作为HTTP响应的内容返回给客户端。
if __name__ == '__main__':这个条件判断保证了当直接运行这个脚本时，app.run()才会执行。app.run()启动Flask内置的开发服务器，默认监听在127.0.0.1:5000，即本地的5000端口。

在命令行中运行这个脚本：

python app.py

然后在浏览器中访问http://127.0.0.1:5000/，就能看到Hello, World!的页面。

路由与视图函数

路由定义：路由是Flask应用中URL与处理函数之间的映射关系。通过@app.route装饰器来定义路由。例如，要定义一个处理/about路径的路由：

@app.route('/about')
def about():
    return 'This is an about page'

动态路由：有时我们需要在URL中传递参数，Flask支持动态路由。例如，要获取用户的ID并展示相关信息，可以这样定义路由：

@app.route('/user/<int:user_id>')
def user_profile(user_id):
    return f'This is the profile of user {user_id}'

在这个例子中，<int:user_id>表示这里接受一个整数类型的参数user_id，并且将其传递给user_profile函数。int是类型转换器，Flask还支持其他类型转换器，如string（默认类型，接受字符串）、float、path（接受包含斜杠的字符串）等。

HTTP方法：默认情况下，@app.route装饰的视图函数只接受GET请求。如果要处理其他HTTP方法，如POST，可以在@app.route中指定methods参数。例如：

@app.route('/login', methods=['GET', 'POST'])
def login():
    if request.method == 'POST':
        # 处理POST请求的数据，比如获取表单数据
        username = request.form.get('username')
        password = request.form.get('password')
        # 进行登录验证等操作
        return f'Logging in user {username}'
    else:
        # 返回登录表单等内容
        return 'This is the login form'

这里导入了request对象（从flask模块），它包含了客户端发送的请求信息。通过request.method可以判断请求的HTTP方法。

模板引擎Jinja2

Jinja2模板基础

模板文件创建：在Flask项目中，通常在项目根目录下创建一个templates文件夹来存放模板文件。例如，创建一个index.html模板文件：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>My Flask App</title>
</head>

<body>
    <h1>Welcome to my Flask app</h1>
    <p>{{ message }}</p>
</body>

</html>

在这个模板中，{{ message }}是一个Jinja2变量占位符，它会在渲染模板时被实际的值替换。

模板渲染：在Flask应用中，使用render_template函数来渲染模板。修改app.py如下：

from flask import Flask, render_template

app = Flask(__name__)


@app.route('/')
def index():
    message = 'This is a sample message'
    return render_template('index.html', message=message)


if __name__ == '__main__':
    app.run()

在index函数中，定义了一个message变量，并将其传递给render_template函数。render_template函数第一个参数是模板文件名，后面可以跟着一系列的变量名和对应的值，这些值会在模板中可用。

模板继承与块

模板继承：模板继承允许我们创建一个基础模板，其他模板可以继承它并根据需要覆盖部分内容。创建一个基础模板base.html：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>{% block title %}Default Title{% endblock %}</title>
    {% block styles %}
    <style>
        body {
            font-family: Arial, sans - serif;
        }
    </style>
    {% endblock %}
</head>

<body>
    <header>
        <h1>My Flask Site</h1>
    </header>
    {% block content %}
    <p>This is the default content</p>
    {% endblock %}
    <footer>
        <p>&copy; 2023 My Company</p>
    </footer>
    {% block scripts %}
    <script>
        console.log('This is a default script');
    </script>
    {% endblock %}
</body>

</html>

在这个基础模板中，使用{% block %}标签定义了几个块，如title、styles、content和scripts。

子模板继承：创建一个继承自base.html的子模板about.html：

{% extends 'base.html' %}

{% block title %}About Us{% endblock %}

{% block content %}
<p>We are a company dedicated to providing great services.</p>
{% endblock %}

在about.html中，使用{% extends 'base.html' %}声明继承自base.html，然后通过{% block %}标签覆盖了title和content块的内容。在Flask应用中，渲染about.html模板就会按照继承规则展示页面。

@app.route('/about')
def about():
    return render_template('about.html')

模板中的控制结构

条件判断：在模板中可以使用if - else结构。例如，根据一个变量的值显示不同的内容：

{% if user.is_authenticated %}
<p>Welcome, {{ user.username }}</p>
{% else %}
<p>Please log in</p>
{% endif %}

循环：使用for循环可以遍历列表等可迭代对象。假设在视图函数中有一个用户列表：

@app.route('/users')
def users():
    user_list = [
        {'name': 'Alice', 'age': 25},
        {'name': 'Bob', 'age': 30}
    ]
    return render_template('users.html', user_list=user_list)

在users.html模板中：

<ul>
    {% for user in user_list %}
    <li>Name: {{ user.name }}, Age: {{ user.age }}</li>
    {% endfor %}
</ul>

这样就会将用户列表中的每个用户信息展示出来。

处理表单数据

Flask - WTF扩展

安装：Flask - WTF是一个用于处理表单的Flask扩展，它基于WTForms库。安装命令如下：

pip install flask - wtf

创建表单类：在项目中创建一个forms.py文件，定义表单类。例如，创建一个简单的登录表单：

from flask_wtf import FlaskForm
from wtforms import StringField, PasswordField, SubmitField
from wtforms.validators import DataRequired


class LoginForm(FlaskForm):
    username = StringField('Username', validators=[DataRequired()])
    password = PasswordField('Password', validators=[DataRequired()])
    submit = SubmitField('Login')

在这个表单类中，StringField用于创建文本输入框，PasswordField用于密码输入框，SubmitField用于提交按钮。validators参数用于添加验证规则，DataRequired表示该字段是必填的。

在视图和模板中使用表单

视图函数处理：修改app.py来处理登录表单：

from flask import Flask, render_template, request
from forms import LoginForm

app = Flask(__name__)
app.secret_key = 'your_secret_key'


@app.route('/login', methods=['GET', 'POST'])
def login():
    form = LoginForm()
    if form.validate_on_submit():
        username = form.username.data
        password = form.password.data
        # 进行登录验证逻辑
        return f'Logging in user {username}'
    return render_template('login.html', form=form)


if __name__ == '__main__':
    app.run()

这里创建了LoginForm的实例form，form.validate_on_submit()方法会在表单提交时验证数据是否符合验证规则。如果验证通过，获取表单数据进行登录验证等操作。

模板显示表单：在login.html模板中显示表单：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Login</title>
</head>

<body>
    <form method="post">
        {{ form.csrf_token }}
        <label for="{{ form.username.id }}">{{ form.username.label }}</label>
        {{ form.username }}
        <br>
        <label for="{{ form.password.id }}">{{ form.password.label }}</label>
        {{ form.password }}
        <br>
        {{ form.submit }}
    </form>
</body>

</html>

{{ form.csrf_token }}用于添加跨站请求伪造（CSRF）保护令牌，这是Flask - WTF自动生成的。其他表单字段通过{{ form.field_name }}的方式显示，标签通过{{ form.field_name.label }}显示。

数据库集成

SQLite与SQLAlchemy

SQLAlchemy介绍：SQLAlchemy是一个强大的数据库抽象层库，Flask - SQLAlchemy是其针对Flask的扩展。它允许我们使用Python代码与各种数据库进行交互，而不需要编写特定数据库的SQL语句。首先安装Flask - SQLAlchemy：

pip install flask - sqlalchemy

配置数据库：在app.py中配置SQLite数据库：

from flask import Flask
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

app = Flask(__name__)
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] ='sqlite:///myapp.db'
db = SQLAlchemy(app)

这里设置SQLALCHEMY_DATABASE_URI为SQLite数据库文件路径myapp.db，然后创建了SQLAlchemy的实例db。

定义数据库模型

模型类创建：在models.py文件中定义数据库模型类。例如，创建一个用户模型：

from app import db


class User(db.Model):
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    username = db.Column(db.String(80), unique=True, nullable=False)
    email = db.Column(db.String(120), unique=True, nullable=False)

    def __repr__(self):
        return f'<User {self.username}>'

在这个模型类中，id是主键，username和email是普通字段，unique=True表示字段值必须唯一，nullable=False表示字段不能为空。__repr__方法用于定义对象的字符串表示形式，方便调试等操作。

数据库操作

添加数据：在视图函数中添加用户数据：

from models import User


@app.route('/add_user', methods=['POST'])
def add_user():
    username = request.form.get('username')
    email = request.form.get('email')
    new_user = User(username=username, email=email)
    db.session.add(new_user)
    db.session.commit()
    return 'User added successfully'

这里从表单获取用户名和邮箱，创建User对象，使用db.session.add将对象添加到会话中，然后通过db.session.commit提交会话，将数据保存到数据库。

查询数据：查询所有用户：

@app.route('/users')
def get_all_users():
    users = User.query.all()
    user_list = []
    for user in users:
        user_list.append(f'Username: {user.username}, Email: {user.email}')
    return '<br>'.join(user_list)

User.query.all()查询User表中的所有记录，并将结果展示出来。

更新数据：更新用户的邮箱：

@app.route('/update_user/<int:user_id>', methods=['POST'])
def update_user(user_id):
    user = User.query.get(user_id)
    if user:
        new_email = request.form.get('email')
        user.email = new_email
        db.session.commit()
        return 'User email updated successfully'
    return 'User not found'

通过User.query.get(user_id)获取指定ID的用户，然后更新其邮箱并提交会话。

删除数据：删除用户：

@app.route('/delete_user/<int:user_id>', methods=['POST'])
def delete_user(user_id):
    user = User.query.get(user_id)
    if user:
        db.session.delete(user)
        db.session.commit()
        return 'User deleted successfully'
    return 'User not found'

获取用户后使用db.session.delete删除对象并提交会话。

部署Flask应用

生产环境服务器选择

Gunicorn：Gunicorn是一个广泛使用的Python WSGI HTTP服务器。它可以与Flask应用一起部署，提供更好的性能和稳定性。安装命令：

pip install gunicorn

uWSGI：uWSGI也是一个流行的应用服务器，支持多种协议和功能。安装命令：

pip install uwsgi

使用Gunicorn部署

启动命令：假设你的Flask应用入口文件是app.py，应用实例是app，在项目目录下执行以下命令启动Gunicorn：

gunicorn -w 4 -b 127.0.0.1:8000 app:app

这里-w 4表示使用4个工作进程，-b 127.0.0.1:8000指定绑定的IP地址和端口，app:app表示应用入口文件app.py中的app实例。

配置文件：可以创建一个配置文件（例如gunicorn.conf.py）来更方便地管理启动参数：

workers = 4
bind = '127.0.0.1:8000'

然后使用以下命令启动：

gunicorn -c gunicorn.conf.py app:app

与Nginx配合部署

Nginx安装与配置：安装Nginx后，在Nginx配置目录（通常是/etc/nginx/sites - available）下创建一个新的配置文件，例如myapp.conf：

server {
    listen 80;
    server_name your_domain.com;

    location / {
        proxy_pass http://127.0.0.1:8000;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X - Real - IP $remote_addr;
        proxy_set_header X - Forwarded - For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X - Forwarded - Proto $scheme;
    }
}

这里proxy_pass指定将请求转发到Gunicorn运行的地址（127.0.0.1:8000）。然后创建符号链接将配置文件链接到/etc/nginx/sites - enabled目录：

ln -s /etc/nginx/sites - available/myapp.conf /etc/nginx/sites - enabled/

重启Nginx服务使配置生效：

sudo systemctl restart nginx

HTTPS配置：为了安全，可以为网站配置HTTPS。可以使用Let's Encrypt获取免费的SSL证书。安装Certbot：

sudo apt install certbot python3 - certbot - nginx

然后使用Certbot为Nginx配置SSL：

sudo certbot --nginx -d your_domain.com

按照提示操作，Certbot会自动为你的网站配置HTTPS。

通过以上步骤，你可以逐步从创建一个简单的Flask应用，到集成数据库、处理表单，最后部署到生产环境，构建一个完整可用的Web应用。在实际开发中，还需要考虑更多的安全、性能优化等方面的问题，但这些基础知识为进一步深入学习和开发打下了坚实的基础。