Python中FastAPI项目使用 Annotated的参数设计

在FastAPI中，你可以使用PEP 593中的Annotated类型来添加元数据到类型提示中。这个功能非常有用，因为它允许你在类型提示中添加更多的上下文信息，例如描述、默认值或其他自定义元数据。

FastAPI支持Annotated类型，这使得你可以为路径操作函数的参数提供额外的元数据，例如依赖项、查询参数的描述、别名等。

FastAPI介绍

FastAPI 是一个用于构建 API 的现代、快速（高性能）web 框架，基于 Python 类型提示。它的主要特点包括自动生成 OpenAPI 和 JSON Schema 文档、快速代码编写、简洁的代码结构、高效的性能等。FastAPI 使用 Starlette 作为 Web 框架的核心，并使用 Pydantic 进行数据验证。

FastAPI 的主要特点

1. 快速：

   • FastAPI 的性能非常接近于 NodeJS 和 Go 等速度较快的语言，并且比其他基于 Python 的框架如 Flask 和 Django 快得多。

2. 简洁：

   • 通过类型提示和依赖注入，代码简洁易读。
   • 开发者可以更少的代码实现更多的功能。

3. 自动文档生成：

   • FastAPI 自动生成符合 OpenAPI 规范的文档，这些文档可以通过内置的 Swagger UI 和 ReDoc UI 查看。
   • 自动生成 JSON Schema。

4. 数据验证：

   • 基于 Pydantic，FastAPI 提供了强大的数据验证功能。
   • 支持复杂的数据验证和数据解析。

5. 类型提示：

   • 充分利用 Python 3.6+ 的类型提示，帮助开发者编写和维护代码。

6. 依赖注入：

   • FastAPI 提供了一个简单但功能强大的依赖注入系统，可以方便地管理依赖项。

FastAPI 还支持以下功能：

• 文件上传
• 安全性（OAuth2、JWT 等）
• 后台任务
• 流媒体响应
• GraphQL
• SQL（通过 SQLAlchemy 等）
• 数据库事务
• 后台任务

安装 FastAPI 和 Uvicorn

pip install fastapi
pip install "uvicorn[standard]"

FastAPI 是一个非常现代化和高效的框架，非常适合用于构建高性能的 API。其自动文档生成、数据验证和依赖注入等特性，使得开发者能够更快、更安全地编写代码，并提供出色的用户体验。

1、Query参数-查询参数

Query参数是指我们在URL中带有的查询参数如url/items?q=123&b=234 的类型格式。

假设我们要创建一个API，其中的查询参数需要带有描述和默认值：

from fastapi import FastAPI, Query
from typing import Annotated

app = FastAPI()

@app.get("/items/")
async def read_items(
    q: Annotated[str, Query(description="Query string", min_length=3, max_length=50)] = "default"
):
    return {"q": q}

在这个例子中：

1. 我们导入了FastAPI和Query类，以及Annotated类型。
2. 我们创建了一个FastAPI应用实例。
3. 我们定义了一个路径操作函数read_items，它有一个查询参数q。
4. 我们使用Annotated类型为查询参数q添加了元数据，这些元数据包括描述、最小长度和最大长度等。
5. Annotated的第一个参数是类型提示，第二个参数是与此类型相关的元数据。

Annotated类型允许你将额外的元数据与类型提示关联，这在创建API时特别有用，因为它可以帮助生成更丰富的API文档并确保参数验证。

下面是一个更复杂的例子，展示了如何使用Annotated类型与依赖项结合：

from fastapi import Depends

def common_parameters(
    q: Annotated[str, Query(description="Query string", min_length=3, max_length=50)] = "default"
):
    return {"q": q}

@app.get("/items/")
async def read_items(params: Annotated[dict, Depends(common_parameters)]):
    return params

在这个例子中：

1. 我们定义了一个依赖函数common_parameters，它返回一个包含查询参数q的字典。
2. 我们使用Annotated类型和Depends将这个依赖项注入到路径操作函数read_items中。
3. read_items函数返回了从依赖函数中获取的参数字典。

这种方法不仅简化了路径操作函数的参数定义，还使得代码更具可读性和可维护性。

2、Path参数-路径参数

路径参数通常用于从 URL 路径中提取信息。例如，如果你有一个获取用户信息的路径 /users/{user_id}，你可以这样定义路径参数：

from fastapi import FastAPI
from fastapi.params import Path
from typing import Annotated

app = FastAPI()

@app.get("/users/{user_id}")
async def read_user(user_id: Annotated[int, Path(..., title="The ID of the user to get")]):
    return {"user_id": user_id}

在这个示例中，Annotated[int, Path(..., title="The ID of the user to get")] 表示 user_id 是一个整数，并且它是从路径中提取的参数。此外，我们还为这个参数添加了一个标题，用于生成 API 文档。

3、Body参数-请求体参数

求体参数用于处理复杂的数据结构，例如 JSON 请求体。你可以使用 Pydantic 模型来定义请求体的结构，并使用 Annotated 来进一步注解这些参数。例如：

from fastapi import FastAPI
from pydantic import BaseModel
from typing import Annotated

app = FastAPI()

class User(BaseModel):
    name: str
    age: int

@app.post("/users/")
async def create_user(user: Annotated[User, Body(..., title="The user to create")]):
    return {"user": user}

在这个示例中，Annotated[User, Body(..., title="The user to create")] 表示 user 参数是一个 User 模型实例，并且它来自请求体。我们同样为这个参数添加了一个标题。

有时候我们可以结合路径参数和请求体参数进行使用，如下例子：

from fastapi import FastAPI, Path, Body
from pydantic import BaseModel
from typing import Annotated

app = FastAPI()

class User(BaseModel):
    name: str
    age: int

@app.put("/users/{user_id}")
async def update_user(
    user_id: Annotated[int, Path(..., title="The ID of the user to update")],
    user: Annotated[User, Body(..., title="The new user data")]
):
    return {"user_id": user_id, "user": user}

在这个综合示例中，路径参数 user_id 和请求体参数 user 都使用了 Annotated 进行注解，以明确它们的来源和意图，同时为生成的 API 文档提供了更多的上下文信息。

复杂的请求体通常包括嵌套的结构，可以使用 Pydantic 模型来定义。例如：

from fastapi import FastAPI
from pydantic import BaseModel
from typing import List, Annotated

app = FastAPI()

class Address(BaseModel):
    street: str
    city: str
    state: str
    zip: str

class User(BaseModel):
    name: str
    age: int
    addresses: List[Address]

@app.post("/users/")
async def create_user(user: Annotated[User, Body(..., title="The user to create")]):
    return {"user": user}

在这个例子中，User 模型包含一个嵌套的 Address 列表，这样你就可以在请求体中处理复杂的嵌套数据结构。

一个结合路径参数、查询参数和请求体参数的复杂示例：

from fastapi import FastAPI, Path, Query, Body
from pydantic import BaseModel
from typing import Annotated

app = FastAPI()

class Item(BaseModel):
    name: str
    description: str | None = None
    price: float
    tax: float | None = None

@app.put("/items/{item_id}")
async def update_item(
    item_id: Annotated[int, Path(..., title="The ID of the item to update")],
    q: Annotated[str | None, Query(None, max_length=50, title="Query string")],
    item: Annotated[Item, Body(..., title="The item to update")]
):
    result = {"item_id": item_id, "item": item}
    if q:
        result.update({"q": q})
    return result

在这个综合示例中，我们使用了路径参数 item_id、查询参数 q 和请求体参数 item，并通过 Annotated 对这些参数进行注解，明确它们的来源和约束。

应用上面的处理方案，我们在项目中应用FastApi构建文档如下所示。