通过demo学习OpenStack开发所需的基础知识 -- API服务

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。

设计REST API

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 。

Version of REST API

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。

REST API of Users

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。

这些就是我们要实现的用户管理的API了。其中， <UUID> 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。

使用Pecan搭建API服务的框架

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）。

代码目录结构

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。

先让我们的服务跑起来

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。

必要的代码

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"

本地测试服务器

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() 

运行测试服务器的环境

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

启动我们的服务

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。

用户管理API的实现

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 。

让API返回JSON格式的数据

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。

实现 GET /v1

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。

实现 GET /v1/users

添加users controller

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。

使用WSME来规范API的响应值

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。

定义user类型和user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。

实现API逻辑

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。

实现 POST /v1/users

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 <webdemo.api.controllers.v1.users.User object at 0x7f65e058d550>

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。

实现 GET /v1/users/<UUID>

要实现这个API，需要两个步骤：

1. 在UsersController中解析出<UUID>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。

2. 在UserController中实现 get() 方法。

使用_lookup()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/<UUID> 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/<UUID>中的<UUID>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API逻辑

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"}

定义WSME类型的技巧

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 。

实现 PUT /v1/users/<UUID>

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"}% 

实现 DELETE /v1/users/<UUID>

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

总结

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。