Книга посвящена современным технологиям для программирования и поддержки серверной части (бэкенда) на Python. Рассказано о программировании на Python в облачной среде, управляемой через Docker и Kubernetes, о фреймворке Flask для веб-разработки на Python, о поглощении и преобразовании данных через FastAPI, об интеграции новых приложений и модулей Python с устоявшимися базами данных с применением SQLAlchemy, авторизации и аутентификации с применением OAuth, взаимодействии с брокерами сообщений Kafka и RabbitMQ, а также о повышении производительности языка Python и об эффективной работе с унаследованным кодом.
Для Python-разработчиков
В этой книге
- Как писать эффективный и хорошо структурированный код на Python, придерживаясь наилучших практик
- Как обеспечить эффективность приложений и упростить их масштабирование, применяя техники асинхронного программирования
- Какова роль Kubernetes и Docker в оркестрации и контейнеризации приложений на Python
- Как эксплуатировать облачные сервисы для обеспечения гарантированно высокой доступности и максимальной производительности.
- Как усовершенствовать обработку данных путем интеграции с базами данных при помощи SQLAlchemy.
- Как защищать веб-приложения, настраивая механизмы авторизации и аутентификации при помощи OAuth
- Как эффективно обрабатывать данные в режиме реального времени при помощи брокеров сообщений RabbitMQ и Kafka
- Как, сократить количество ошибок, реализовать непрерывную интеграцию и непрерывное развертывание
Эта книга — не просто руководство по программированию, а книга-маршрут, которая поможет выйти на уровень настоящего эксперта по серверной части стека, умеющего проектировать и развертывать мощные и эффективные приложения.
Тим Питерс (Tim Peters) — американский разработчик программного обеспечения, который создал алгоритм гибридной сортировки Timsort, внес большой вклад в язык программирования Python и его оригинальную реализацию CPython, а также известен в сообществе Python.
С 2001 по 2014 год он был активным членом совета директоров Python Software Foundation. Питерс был влиятельным автором списков рассылки Python. Он также является высокопоставленным участником форума Stack Overflow, в основном для ответов, касающихся Python.
Тим Питерс был удостоен награды Python Software Foundation за выдающиеся заслуги за 2017 год.
(источник, Википедия)
Книгу “Программирование бэкенда на Python. Практическое руководство” можно купить в нашем интенет-магазине.
Предисловие……………………………………………………………………. 20
Пролог……………………………………………………………………………. 23
Предварительные требования…………………………………………… 25
Начальные навыки…………………………………………………………………………………… 25
Использование кодов……………………………………………………………………………….. 25
Благодарности…………………………………………………………………. 27
ГЛАВА 1. Основы разработки внутренних компонентов……… 28
Введение……………………………………………………………………………………………………. 28
Описание разработки внутренних компонентов…………………………………… 29
Основные внутренние компоненты…………………………………………………. 29
Сервер…………………………………………………………………………………………… 29
База данных…………………………………………………………………………………. 31
Интерфейсы прикладного программирования (API)………………… 32
Веб-фреймворк……………………………………………………………………………… 33
Middleware (связующее или промежуточное программное обеспечение) 35
Кеширование………………………………………………………………………………… 36
Функционирование внутренних компонентов……………………………….. 36
Роль Python в разработке внутренних компонентов…………………………….. 38
Универсальность и читабельность…………………………………………………. 38
Универсальная стандартная библиотека………………………………………. 39
Фреймворки и инструменты для разработки внутренних компонентов 39
Поддержка асинхронной работы……………………………………………………. 40
Возможность интеграции…………………………………………………………………. 40
Возможность подключения к базам данных………………………………….. 41
Сообщество и ресурсы…………………………………………………………………….. 41
Искусственный интеллект и машинное обучение………………………….. 41
Настройка среды разработки: Python, VS Code и Linux………………………. 42
Установка Linux……………………………………………………………………………….. 42
Установка Python……………………………………………………………………………… 42
Установка Visual Studio Code (VS Code)…………………………………………. 43
Настройка VS Code для Python……………………………………………………….. 43
Настройка виртуальной среды……………………………………………………….. 44
Заключительные этапы и тестирование…………………………………………. 44
Знакомство с виртуальными средами…………………………………………………….. 45
Что такое виртуальная среда?………………………………………………………… 45
Зачем нужна виртуальная среда?…………………………………………………… 46
Как настроить и использовать виртуальную среду?…………………….. 46
Установка……………………………………………………………………………………… 46
Создание виртуальной среды…………………………………………………….. 46
Активация виртуальной среды…………………………………………………… 47
Установка пакетов……………………………………………………………………….. 47
Деактивация…………………………………………………………………………………. 47
Управление зависимостями………………………………………………………… 47
Передовой опыт………………………………………………………………………………… 48
Основные принципы работы с интерфейсом командной строки (CLI).. 49
Описание интерфейса командной строки………………………………………. 49
Основные команды интерфейса командной строки………………………. 49
Советы по использованию интерфейса командной строки………….. 52
Введение в управление версиями с помощью Git………………………………….. 53
Знакомство с управлением версиями и Git……………………………………… 53
Основные операции Git для разработки внутренних компонентов 54
Установка Git……………………………………………………………………………….. 54
Конфигурирование Git…………………………………………………………………. 54
Инициализация репозитория………………………………………………………. 54
Клонирование репозитория………………………………………………………… 55
Добавление и фиксация файлов………………………………………………….. 55
Ветвление и слияние……………………………………………………………………. 55
Размещение изменений………………………………………………………………… 56
Извлечение обновлений………………………………………………………………. 56
Обработка конфликтов при слиянии………………………………………….. 56
Использование журнала Git………………………………………………………… 56
Библиотека Python Refresher: синтаксис, структуры данных и функции 57
Синтаксис Python……………………………………………………………………………… 57
Отступы………………………………………………………………………………………… 57
Переменные………………………………………………………………………………….. 57
Комментарии………………………………………………………………………………… 58
Структуры данных…………………………………………………………………………… 58
Списки…………………………………………………………………………………………… 58
Кортежи………………………………………………………………………………………… 58
Множества……………………………………………………………………………………. 59
Словари………………………………………………………………………………………… 59
Функции…………………………………………………………………………………………….. 59
Определение функции………………………………………………………………….. 59
Вызов функции……………………………………………………………………………… 60
Параметры……………………………………………………………………………………. 60
Аргументы ключевых слов………………………………………………………….. 60
Произвольные аргументы……………………………………………………………. 61
Лямбда-функции…………………………………………………………………………… 61
Обработка ошибок……………………………………………………………………………. 61
Модули и пакеты………………………………………………………………………………. 62
Импорт модулей…………………………………………………………………………… 62
Импорт с помощью псевдонимов……………………………………………….. 62
Оператор импорта from……………………………………………………………….. 62
Передовой опыт программирования на Python…………………………………….. 63
Поддержка принципов «Дзен Python»…………………………………………….. 63
Соблюдение стандарта PEP 8…………………………………………………………. 63
Написание документальных строк…………………………………………………. 64
Использование встроенных функций и библиотек Python……………. 64
Использование списков и генераторов выражений……………………….. 65
Обработка ошибок с помощью исключений………………………………….. 65
Использование менеджеров контекста для управления ресурсами 66
Функция должна выполнять одну задачу и иметь
минимально возможный размер………………………………………………………. 66
Избежание преждевременной оптимизации…………………………………… 66
Использование контроля версий……………………………………………………… 67
Тестирование своего кода……………………………………………………………….. 67
Резюме……………………………………………………………………………………………………….. 67
ГЛАВА 2. Создание первого веб-приложения с помощью Flask 69
Введение……………………………………………………………………………………………………. 69
Основы Flask……………………………………………………………………………………………… 70
Что представляет собой Flask?………………………………………………………… 70
Основные возможности Flask…………………………………………………………… 71
Простота……………………………………………………………………………………….. 71
Гибкость……………………………………………………………………………………….. 71
Сервер разработки и отладчик…………………………………………………… 72
Основан на Юникоде…………………………………………………………………… 72
Документация………………………………………………………………………………. 72
Запуск и работа с Flask……………………………………………………………………. 72
Маршрутизация………………………………………………………………………………… 74
Шаблоны…………………………………………………………………………………………… 74
Настройка окружения Flask…………………………………………………………………….. 76
Создание проекта……………………………………………………………………………… 76
Настройка Flask………………………………………………………………………………… 77
Установка Flask……………………………………………………………………………. 77
Создание приложения Flask………………………………………………………… 77
Создание простого представления…………………………………………….. 77
Управление зависимостями с помощью Pip……………………………………. 77
Настройка приложения Flask………………………………………………………….. 78
Создание файла конфигурации………………………………………………….. 78
Загрузка конфигурации……………………………………………………………….. 78
Запуск приложения Flask…………………………………………………………………. 78
Командная строка Flask………………………………………………………………. 78
Использование скрипта……………………………………………………………….. 79
Маршрутизация и представления…………………………………………………………… 79
Определение маршрутов………………………………………………………………….. 80
Динамические маршруты………………………………………………………………… 80
Методы HTTP……………………………………………………………………………………. 81
Создание URL-адресов…………………………………………………………………….. 81
Обработка ошибок……………………………………………………………………………. 82
Эффективное сочетание маршрутов и представлений………………….. 83
Шаблоны и статические файлы………………………………………………………………. 83
Описание шаблонов…………………………………………………………………………. 84
Управление статическими файлами……………………………………………….. 85
Организация статических файлов………………………………………………. 86
Обслуживание статических файлов…………………………………………… 86
Работа с формами и загрузка файлов…………………………………………………….. 88
Flask — работа с формами………………………………………………………………. 88
Создание HTML-формы………………………………………………………………. 88
Создание маршрута для отображения формы………………………….. 88
Обработка данных формы………………………………………………………….. 88
Загрузка файлов……………………………………………………………………………….. 89
Модификация HTML-формы для загрузки файлов…………………… 89
Обработка загрузки файлов в Flask……………………………………………. 89
Основы интеграции баз данных……………………………………………………………… 90
Настройка SQLAlchemy с помощью Flask……………………………………… 92
Установка Flask-SQLAlchemy…………………………………………………….. 92
Настройка приложения……………………………………………………………….. 92
Определение моделей………………………………………………………………………. 92
Создание базы данных…………………………………………………………………….. 93
Взаимодействие с базой данных…………………………………………………….. 93
Вставка данных……………………………………………………………………………. 93
Запрос данных……………………………………………………………………………… 93
Обновление данных…………………………………………………………………….. 94
Удаление данных…………………………………………………………………………. 94
Работа с отношениями……………………………………………………………………… 94
Извлечение связанных данных………………………………………………………… 95
Использование опций запросов………………………………………………………. 95
Введение в расширения Flask………………………………………………………………….. 96
Описание расширений Flask……………………………………………………………. 96
Flask-WTF……………………………………………………………………………………… 97
Flask-SQLAlchemy………………………………………………………………………… 97
Flask-Migrate…………………………………………………………………………………. 97
Flask-Login…………………………………………………………………………………….. 98
Flask-Mail………………………………………………………………………………………. 98
Flask-RESTful……………………………………………………………………………….. 98
Использование расширений Flask…………………………………………………… 99
Развертывание приложения Flask…………………………………………………………. 100
Подготовка приложения Flask к развертыванию…………………………. 100
Выбор хостинга………………………………………………………………………………. 101
Настройка веб-сервера и сервера приложений WSGI………………… 101
Использование Heroku…………………………………………………………………… 102
Подготовка приложения……………………………………………………………. 102
Настройка Git-репозитория………………………………………………………. 102
Создание приложения Heroku………………………………………………….. 102
Выполнение проверки развертывания…………………………………….. 103
Резюме……………………………………………………………………………………………………… 103
ГЛАВА 3. Дополнительные возможности Flask………………….. 105
Введение………………………………………………………………………………………………….. 105
Создание модульной структуры больших приложений с помощью
Flask Blueprints………………………………………………………………………………………… 106
Для чего предназначен Flask Blueprints?………………………………………. 106
Создание и регистрация эскизов…………………………………………………… 107
Определение эскиза…………………………………………………………………… 107
Регистрация эскиза…………………………………………………………………….. 107
Структурирование представлений в эскизах………………………………. 108
Использование эскизов…………………………………………………………………… 108
Шаблон Application Factory во Flask…………………………………………………….. 109
Описание шаблона Application Factory………………………………………… 109
Использование шаблона Application Factory……………………………….. 110
Создание функции Factory………………………………………………………… 110
Настройка параметров конфигурации…………………………………….. 110
Регистрация сценариев и расширений…………………………………….. 111
Реализация RESTful-сервисов с помощью Flask-RESTful…………………… 112
Введение в Flask-RESTful………………………………………………………………. 112
Функционирование Flask-RESTful………………………………………………… 113
Создание REST API с помощью Flask-RESTful……………………………. 113
Тестирование API…………………………………………………………………………… 115
Аутентификация и авторизация пользователей………………………………….. 115
Значение аутентификации, авторизации и управления сессиями 115
Аутентификация…………………………………………………………………………. 115
Авторизация……………………………………………………………………………….. 116
Управление сессиями………………………………………………………………… 116
Реализация аутентификации в Flask……………………………………………… 116
Установка Flask-Login……………………………………………………………….. 116
Настройка Flask-Login………………………………………………………………. 116
Функция загрузчика пользователя…………………………………………… 117
Определение модели пользователя………………………………………….. 117
Создание маршрутов аутентификации……………………………………. 117
Выполнение авторизации………………………………………………………………. 118
Управление доступом на основе ролей (RBAC)……………………… 118
Проверка прав доступа……………………………………………………………… 119
Обработка ошибок и ведение журнала………………………………………………… 119
Flask — обработка ошибок……………………………………………………………. 120
Обработка ошибок приложения……………………………………………….. 120
Обработка исключений…………………………………………………………….. 120
Flask — ведение журнала………………………………………………………………. 121
Использование протоколирования для данных запроса……………. 121
Пользовательские средства регистрации…………………………………….. 122
Методы оптимизации производительности…………………………………………. 122
Оптимизация баз данных……………………………………………………………….. 123
Оптимизация запросов………………………………………………………………. 123
Пакетные вставки и обновления……………………………………………….. 123
Оптимизация обработки запросов………………………………………………… 123
Эффективная последовательность данных……………………………… 123
Асинхронные обработчики………………………………………………………. 124
Кеширование ответов………………………………………………………………… 125
Настройка приложений и веб-серверов……………………………………….. 125
Мониторинг и профилирование……………………………………………………. 126
Интеграция приложений Flask с Docker……………………………………………….. 127
Установка Docker……………………………………………………………………………. 127
Создание файла Dockerfile………………………………………………………… 128
Создание файла .dockerignore…………………………………………………… 129
Сборка образа Docker……………………………………………………………….. 129
Запуск контейнера Docker………………………………………………………… 129
Тестирование контейнера Docker…………………………………………………. 129
Резюме……………………………………………………………………………………………………… 130
ГЛАВА 4. Введение в FastAPI………………………………………….. 132
Введение………………………………………………………………………………………………….. 132
Переход на FastAPI………………………………………………………………………………… 133
Основные различия между FastAPI и Flask………………………………….. 133
Производительность………………………………………………………………….. 133
Аннотации типов данных и автоматическая валидация данных 134
Внедрение зависимостей…………………………………………………………… 135
Встроенная интерактивная документация по API………………….. 136
Современные возможности Python…………………………………………… 136
Создание RESTful API с помощью FastAPI………………………………………….. 136
Определение конечных точек RESTful…………………………………………. 137
Параметры пути и строки запросов……………………………………………… 138
Параметры пути…………………………………………………………………………. 138
Параметры запросов…………………………………………………………………. 138
Использование тела запроса…………………………………………………………. 139
Обработка ответа…………………………………………………………………………… 139
Пользовательские коды состояния…………………………………………… 139
Заголовки ответа……………………………………………………………………….. 139
Обработка ошибок…………………………………………………………………………. 140
Внедрение зависимостей……………………………………………………………………….. 140
Описание внедрения зависимостей в FastAPI………………………………. 141
Как работает внедрение зависимостей в FastAPI?………………………. 141
Определение зависимостей……………………………………………………….. 141
Использование зависимостей в обработчиках маршрутов……. 142
Работа с зависимостями в больших приложениях………………………. 143
Расширенная интеграция баз данных с SQLAlchemy…………………………. 143
Настройка SQLAlchemy с помощью FastAPI……………………………….. 144
Установка необходимых пакетов…………………………………………….. 144
Настройка URL базы данных…………………………………………………… 144
Создание базы данных и таблиц……………………………………………… 144
Интеграция SQLAlchemy с FastAPI……………………………………………….. 145
Зависимость от сеанса работы с базой данных……………………… 145
Выполнение операций с базой данных……………………………………. 145
Асинхронная обработка………………………………………………………………… 146
Настройка асинхронного подключения к базе данных…………. 146
Подключение и отключение событий………………………………………. 146
Использование асинхронных запросов…………………………………… 146
Реализация фоновых задач……………………………………………………………………. 147
Основы фоновых задач в FastAPI………………………………………………….. 147
Как определить фоновые задачи?…………………………………………………. 147
Реализация более сложных фоновых операций………………………….. 148
Настройка Celery……………………………………………………………………….. 148
Запуск задач Celery из FastAPI…………………………………………………. 149
Интеграция FastAPI и Docker………………………………………………………………… 150
Установка Docker……………………………………………………………………………. 150
Создание Docker-файла для FastAPI…………………………………………….. 150
Создание образа Docker………………………………………………………………… 151
Запуск приложения FastAPI в контейнере Docker……………………….. 152
Проверка работоспособности приложения…………………………………. 152
Резюме……………………………………………………………………………………………………… 152
ГЛАВА 5. Работа с базами данных…………………………………… 154
Введение………………………………………………………………………………………………….. 154
MySQL и PostgreSQL………………………………………………………………………………. 155
MySQL……………………………………………………………………………………………… 156
PostgreSQL……………………………………………………………………………………….. 156
Выбор между MySQL и PostgreSQL………………………………………………. 157
MongoDB…………………………………………………………………………………………………. 159
Описание MongoDB и модели документов…………………………………… 159
Документы………………………………………………………………………………….. 159
Коллекции…………………………………………………………………………………… 159
Преимущества MongoDB……………………………………………………………….. 160
Ключевые особенности MongoDB………………………………………………… 160
Интеграция MongoDB…………………………………………………………………….. 161
Установка…………………………………………………………………………………… 161
Подключение к MongoDB…………………………………………………………. 161
Операции…………………………………………………………………………………….. 161
Принципы проектирования баз данных……………………………………………….. 162
Основные принципы проектирования баз данных………………………. 162
Нормализация……………………………………………………………………………. 162
Модель отношений между сущностями…………………………………… 163
Пример разработки схемы базы данных……………………………………… 163
SQL-код для создания таблиц……………………………………………………….. 164
Операции CRUD……………………………………………………………………………………… 165
Создание записей (CREATE)…………………………………………………………. 165
Чтение записей (READ)………………………………………………………………….. 166
Обновление записей (UPDATE)……………………………………………………… 166
Удаление записей (DELETE)…………………………………………………………. 167
Рекомендации по выполнению операций CRUD…………………………. 167
Расширенные методы обработки запросов…………………………………………. 167
Подзапросы…………………………………………………………………………………….. 168
Пример программы: «Поиск курсов, на которые не зарегистрировался ни один студент» 168
Объединения……………………………………………………………………………………. 168
Пример программы: «Список студентов с информацией о курсах» 169
Агрегатные функции SQL………………………………………………………………. 169
Пример программы: «Подсчет количества студентов, записанных на каждый курс» 169
Расширенная фильтрация с помощью оператора HAVING………… 170
Пример программы: «Курсы с более чем 5 студентами»……….. 170
Оконные функции……………………………………………………………………………. 170
Пример программы: «Распределение студентов по дате зачисления на каждый курс» 170
Миграция баз данных и контроль версий……………………………………………. 171
Основные сведения о миграции баз данных………………………………… 172
Настройка Alembic…………………………………………………………………………. 172
Установка Alembic…………………………………………………………………….. 172
Инициализация Alembic…………………………………………………………….. 172
Настройка Alembic…………………………………………………………………….. 173
Создание и применение миграций………………………………………………… 173
Создание миграции……………………………………………………………………. 173
Редактирование сценария миграции………………………………………… 173
Применение миграций……………………………………………………………….. 173
Управление изменениями схемы базы данных……………………………. 174
Создание версий………………………………………………………………………… 174
Совместная работа……………………………………………………………………. 174
Развертывание……………………………………………………………………………. 174
Интеграция баз данных с ОРМ на Python……………………………………………. 175
Обзор ОРМ для Python…………………………………………………………………… 175
Обзор SQLAlchemy…………………………………………………………………………. 175
SQLAlchemy Core……………………………………………………………………….. 175
SQLAlchemy ORM……………………………………………………………………… 176
Интеграция SQLAlchemy ORM с Python………………………………………. 176
Установка…………………………………………………………………………………… 176
Определение моделей………………………………………………………………… 176
Создание сессии…………………………………………………………………………. 177
Выполнение операций с базой данных……………………………………. 177
Стратегии кеширования для оптимизации баз данных………………………. 178
Типы кеширования…………………………………………………………………………. 178
Кеширование результатов………………………………………………………… 178
Кеширование объектов……………………………………………………………… 178
Кеширование планов запросов………………………………………………… 179
Реализация кеширования в веб-приложениях……………………………… 180
Redis в качестве кеша………………………………………………………………… 180
Стратегия кеширования…………………………………………………………….. 180
Рекомендации по эффективному кешированию…………………………… 181
Резюме……………………………………………………………………………………………………… 181
ГЛАВА 6. Асинхронное программирование в Python…………. 184
Введение………………………………………………………………………………………………….. 184
Общее описание асинхронного программирования…………………………… 186
Что такое асинхронное программирование?……………………………….. 186
Асинхронное программирование для разработки внутренних компонентов 186
Примеры использования асинхронного программирования……… 187
Веб-серверы……………………………………………………………………………….. 187
Обработка данных…………………………………………………………………….. 187
Работа приложения в режиме реального времени………………….. 187
Архитектура микросервисов…………………………………………………….. 188
Как работает асинхронное программирование?………………………… 188
Цикл событий……………………………………………………………………………… 188
Корутины (сопрограммы или асинхронные функции)…………… 188
Задачи и фьючерсы……………………………………………………………………. 188
Пример программы: «Асинхронное выполнение»……………………….. 189
Основы asyncio……………………………………………………………………………………….. 189
Синтаксис async……………………………………………………………………………… 190
Синтаксис await……………………………………………………………………………… 190
Структура программы asyncio………………………………………………………. 190
Пример программы: «Интеграция библиотеки asyncio в приложение для университета» 191
Разработка асинхронных веб-приложений…………………………………………. 192
Пример программы: «Асинхронное университетское
приложение»……………………………………………………………………………………. 193
Настройка и установка……………………………………………………………… 193
Определение конечных точек асинхронной связи………………….. 193
Асинхронный доступ к базам данных………………………………………………….. 194
Описание асинхронного доступа к базам данных………………………. 194
Настройка и установка………………………………………………………………….. 195
Интеграция асинхронных операций с базами данных
в веб-фреймворке FastAPI………………………………………………………………. 195
Конфигурация…………………………………………………………………………….. 195
Функции асинхронной базы данных……………………………………….. 196
Использование асинхронных функций в маршрутах…………….. 197
Внедрение веб-сокетов…………………………………………………………………………… 197
WebSocket — что это?……………………………………………………………………. 197
Реализация WebSocket в FastAPI…………………………………………………… 198
Настройка и базовая конечная точка WebSocket…………………… 198
Установка FastAPI и Uvicorn…………………………………………………….. 199
Определение конечной точки WebSocket………………………………… 199
Обновление записей в режиме реального времени…………………. 199
Сохранение соединений WebSocket………………………………………… 200
Интеграция с процессом регистрации……………………………………… 200
Передовой опыт и шаблоны Async……………………………………………………….. 201
Обработка ошибок в асинхронном коде………………………………………. 201
Пример программы: «Корректная обработка ошибок базы данных» 201
Управление параллельными процессами и отмена задач………….. 202
Пример программы: «Отмена устаревших запросов
к базе данных»……………………………………………………………………………. 202
Использование менеджеров контекста для управления ресурсами 203
Пример программы: «Асинхронный менеджер контекста для подключения к базе данных» 203
Разделение и модульное построение кода…………………………………… 203
Пример программы: «Модульная обработка WebSocket»…….. 203
Отладка асинхронных приложений……………………………………………………… 204
Инструменты и методы отладки……………………………………………………. 205
Пример программы: «Ведение подробного журнала»…………… 205
Пример программы: «Использование сообщений print для получения немедленной обратной связи» 205
Пример программы: «Включение режима отладки asyncio»…. 206
Резюме……………………………………………………………………………………………………… 207
ГЛАВА 7. Организация работы с пользователями
и их безопасность……………………………………………………………. 209
Введение………………………………………………………………………………………………….. 209
Проектирование систем аутентификации пользователей………………….. 210
Определение требований……………………………………………………………….. 210
Компоненты системы аутентификации пользователей………………. 211
Пример программы: «Подключение аутентификации пользователей» 212
Реализация стандартов OAuth и JWT…………………………………………………… 213
Введение в OAuth……………………………………………………………………………. 213
Введение в веб-токены JSON (JWT)……………………………………………….. 214
Пример программы: «Реализация OAuth и JWT»…………………………. 214
Настройка OAuth с помощью провайдера………………………………. 214
Интеграция OAuth в приложение……………………………………………… 215
Реализация JWT для управления сеансами…………………………….. 215
Контроль доступа на основе ролей (RBAC)………………………………………… 216
Определение эффективности RBAC……………………………………………… 216
Пример программы: «Внедрение RBAC»……………………………………… 217
Определение ролей и разрешений……………………………………………. 217
Настройка среды……………………………………………………………………….. 217
Определение моделей пользователей и ролей………………………… 218
Создание ролей………………………………………………………………………….. 218
Назначение ролей пользователям……………………………………………. 218
Обеспечение проверки ролей……………………………………………………. 219
Обеспечение безопасности REST API………………………………………………….. 219
Что необходимо для обеспечения безопасности REST API?……… 219
Стратегии обеспечения безопасности REST API………………………… 220
Использование HTTPS………………………………………………………………. 220
Аутентификация и авторизация……………………………………………….. 220
Валидация и дезинфекция входных данных……………………………. 221
Внедрение ограничения скорости……………………………………………. 222
Управление сеансами пользователей…………………………………………………… 222
Основные понятия…………………………………………………………………………… 222
Реализация безопасного управления сеансами…………………………… 223
Создание и обработка сеансов…………………………………………………. 223
Сохранение сеансов………………………………………………………………….. 224
Истечение срока действия сеанса…………………………………………….. 224
Обслуживание и безопасность сеансов…………………………………… 224
Внедрение двухфакторной аутентификации……………………………………….. 225
Описание двухфакторной аутентификации…………………………………. 225
Шаги по внедрению 2FA………………………………………………………………… 226
Генерация секретного ключа для пользователя……………………… 226
Связывание секретного ключа с приложением Authenticator… 227
Проверка TOTP во время входа в систему……………………………….. 227
Интеграция 2FA в процесс входа в систему…………………………….. 227
Резюме……………………………………………………………………………………………………… 228
ГЛАВА 8. Развертывание внутренних приложений, написанных на языке Python 230
Введение………………………………………………………………………………………………….. 230
Обзор Docker и контейнеров………………………………………………………………….. 231
Описание контейнерной технологии…………………………………………….. 231
Роль Docker в контейнеризации…………………………………………………….. 231
Доминирующее положение Docker……………………………………………….. 232
Пример программы: «Использование Docker»…………………………….. 233
Использование Docker для приложений, написанных на языке Python 234
Установка Docker……………………………………………………………………………. 234
Контейнеризация университетского приложения……………………….. 236
Подготовка приложения……………………………………………………………. 236
Создание Dockerfile……………………………………………………………………. 236
Сборка образа Docker……………………………………………………………….. 237
Запуск контейнера Docker………………………………………………………… 237
Kubernetes для управления приложениями………………………………………….. 237
Описание Kubernetes………………………………………………………………………. 238
Установка и настройка Kubernetes……………………………………………….. 238
Установка Minikube…………………………………………………………………… 238
Установка kubectl………………………………………………………………………. 239
Развертывание университетского приложения на Kubernetes……. 239
Создание конфигурации развертывания…………………………………. 239
Развертывание приложения………………………………………………………. 240
Открытие приложения……………………………………………………………….. 240
Доступ к приложению……………………………………………………………….. 240
CI/CD для внутренних приложений на Python……………………………………. 241
Основные принципы работы CI/CD……………………………………………… 241
Использование CI/CD для университетского приложения…………. 241
Настройка контроля версий……………………………………………………… 241
Выбор инструмента CI/CD……………………………………………………….. 242
Использование Nginx в качестве обратного прокси-сервера……………… 244
Функция Nginx…………………………………………………………………………………. 244
Установка и настройка Nginx………………………………………………………… 245
Установка Nginx…………………………………………………………………………. 245
Настройка Nginx в качестве обратного прокси-сервера………… 245
SSL-сертификаты и настройка HTTPS…………………………………………………. 247
Описание SSL/TLS и HTTPS………………………………………………………….. 247
Генерация SSL-сертификатов………………………………………………………… 247
Установка Certbot………………………………………………………………………. 248
Получение сертификата……………………………………………………………. 248
Проверка установки SSL-сертификата…………………………………….. 248
Конфигурация HTTPS в Nginx……………………………………………………….. 248
Масштабирование приложений на Python………………………………………….. 249
Необходимость масштабирования……………………………………………….. 249
Горизонтальное и вертикальное масштабирование…………………… 250
Горизонтальное масштабирование (масштабирование наружу/внутрь) 250
Вертикальное масштабирование (масштабирование вверх/вниз) 250
Реализация масштабирования в Kubernetes…………………………………. 250
Определение запросов и лимитов ресурсов…………………………….. 251
Настройка горизонтального автоматического масштабирования подсистем 252
Контроль масштабирования…………………………………………………….. 253
Резюме……………………………………………………………………………………………………… 253
ГЛАВА 9. Микросервисы и интеграция с облаком…………….. 255
Введение………………………………………………………………………………………………….. 255
Проектирование и разработка микросервисов с помощью Python……. 256
Разбиение приложения на микросервисы…………………………………….. 257
Определение границ сервисов……………………………………………………….. 257
Создание независимых сред………………………………………………………….. 257
Разработка API для межсервисного взаимодействия………………….. 258
Упаковка сервисов в контейнеры………………………………………………….. 258
Управление микросервисами с помощью Docker и Kubernetes………….. 259
Контейнеризация с помощью Docker……………………………………………. 259
Упаковка каждого микросервиса в контейнер………………………… 260
Организация работы с помощью Kubernetes……………………………….. 260
Создание развертываний Kubernetes……………………………………….. 261
Управление сервисами с помощью Kubernetes Services…………. 261
Развертывание приложений Python на AWS……………………………………….. 262
Настройка AWS для университетского приложения…………………… 262
Создание учетной записи AWS………………………………………………… 262
Настройка IAM (управление идентификацией и доступом)….. 263
Настройка AWS CLI………………………………………………………………….. 263
Развертывание приложения на AWS…………………………………………….. 264
Вариант 1: использование Elastic Beanstalk……………………………. 264
Вариант 2: использование EC2………………………………………………… 264
Использование бессерверных архитектур с AWS Lambda………………… 265
Описание AWS Lambda…………………………………………………………………. 265
Установка AWS Lambda………………………………………………………………… 266
Подготовка приложения……………………………………………………………. 266
Создание функции Lambda в AWS…………………………………………… 267
Реализация gRPC для взаимодействия микросервисов……………………….. 268
Зачем нужен gRPC………………………………………………………………………….. 268
Реализация gRPC в микросервисах на Python……………………………… 269
Определение сервиса с помощью буферов протокола…………… 269
Создание кода сервера и клиента…………………………………………….. 270
Реализация сервиса на Python………………………………………………….. 270
Создание клиента………………………………………………………………………. 271
Резюме……………………………………………………………………………………………………… 271
ГЛАВА 10. Брокеры сообщений и асинхронная обработка задач 273
Введение………………………………………………………………………………………………….. 273
Обзор брокеров сообщений…………………………………………………………………… 274
Роль брокеров сообщений во внутренних приложениях…………….. 274
Redis как брокер сообщений………………………………………………………….. 275
Каким образом Redis обеспечивает обмен сообщениями?…….. 275
Интеграция Kafka для обработки данных в реальном времени………… 277
Описание Apache Kafka…………………………………………………………………. 277
Основные компоненты Kafka………………………………………………………… 277
Интеграция Kafka для обработки данных в режиме
реального времени………………………………………………………………………….. 278
Установка и настройка Kafka………………………………………………….. 278
Создание тем………………………………………………………………………………. 278
Реализация производителей и потребителей Kafka……………….. 278
Асинхронная обработка задач с помощью Celery………………………………. 280
Знакомство с асинхронной обработкой задач…………………………….. 280
Использование Celery для асинхронной обработки задач…………. 280
Как работает Celery?…………………………………………………………………. 281
Использование Celery…………………………………………………………………….. 281
Установка Celery и Redis…………………………………………………………… 281
Настройка Celery……………………………………………………………………….. 281
Запуск Celery Worker…………………………………………………………………. 282
Постановка задач в очередь……………………………………………………… 282
RabbitMQ как альтернативный брокер сообщений…………………………….. 282
Описание RabbitMQ и принцип его работы…………………………………. 283
Интеграция RabbitMQ……………………………………………………………………. 283
Установка RabbitMQ…………………………………………………………………. 284
Настройка RabbitMQ в приложении………………………………………… 284
Отправка сообщений…………………………………………………………………. 285
Резюме……………………………………………………………………………………………………… 285
Эпилог………………………………………………………………………….. 287
