刘长龙，复旦大学信息管理学士学位、上海交通大学计算机技术硕士学位，从事计算机软件研发十余年。对应用软件开发有较广泛深入了解，用C++、Python等技术主持负责过电信级实时计费系统、客户管理系统、智能家居、物联网云平台的研究和设计开发工作。在不写作的时候，业余时间喜欢跑步和游泳。

　　也许你听说过全栈工程师，他们善于设计系统架构，精通数据库建模、通用网络协议、后端并发处理、前端界面设计，在学术研究或工程项目上能独当一面。通过对Python及其周边Web框架的学习和实践，你就可以成为这样的全能型人才。本书分为3部分：第1部分是基础篇，带领初学者实践Python开发环境和掌握基本语法，同时对网络协议、Web客户端技术、数据库建模编程等网络编程基础深入浅出地进行学习；第2部分是框架篇，学习当前*流行的Python Web框架，即Django、Tornado、Flask和Twisted，达到对各种Python网络技术融会贯通的目的；第3部分是实战篇，分别对4种框架进行项目实践，利用其各自的特点开发适用于不同场景的网络程序。本书内容精练、重点突出、实例丰富、讲解通俗，是广大网络应用设计和开发人员不可多得的一本参考书，同时非常适合大中专院校师生学习和阅读，也可作为高等院校计算机及相关培训机构的教材。

　　5.1  网络框架综述
　　本节学习Python网络框架的概念和开发方法，然后了解Web经典架构MVC的原理和作用。
　　5.1.1  网络框架及MVC架构
　　所谓网络框架是指这样的一组Python包，它能够使开发者专注于网站应用业务逻辑的开发，而无须处理网络应用底层的协议、线程、进程等方面。这样能大大提高开发者的工作效率，同时提高网络应用程序的质量。
　　在目前Python语言的几十个开发框架中，几乎所有的全栈网络框架都强制或引导开发者使用MVC架构开发Web应用。所谓全栈网络框架，是指除了封装网络和线程操作，还提供HTTP栈、数据库读写管理、HTML模板引擎等一系列功能的网络框架。本书重点讲解的Django、Tornado和Flask是全栈网络框架的典型标杆；而Twisted更专注于网络底层的高性能封装而不提供HTML模板引擎等界面功能，所以不能称之为全栈框架。
　　MVC（Model-View-Controller）模式最早由Trygve Reenskaug在1978年提出，在20世纪80年代是程序语言Smalltalk的一种内部架构。后来MVC被其他语言所借鉴，成为了软件工程中的一种软件架构模式。MVC把Web应用系统分为3个基本部分。
　　? 模型（Model）：用于封装与应用程序的业务逻辑相关的数据及对数据的处理方法，是Web应用程序中用于处理应用程序的数据逻辑的部分，Model只提供功能性的接口，通过这些接口可以获取Model的所有功能。Model不依赖于View和Controller，它们可以在任何时候调用Model访问数据。有些Model还提供了事件通知机制，为在其上注册过的View或Controller提供实时的数据更新。
　　? 视图（View）：负责数据的显示和呈现，View是对用户的直接输出。MVC中的一个Model通常为多个View提供服务。为了获取Model的实时更新数据，View应该尽早地注册到Model中。
　　? 控制器（Controller）：负责从用户端收集用户的输入，可以看成提供View的反向功能。当用户的输入导致View发生变化时，这种变化必须是通过Model反映给View的。在MVC架构下，Controller一般不能与View直接通信，这样提高了业务数据的一致性，即以Model作为数据中心。
　　这3个基本部分互相分离，使得在改进和升级界面及用户交互流程时，不需要重写业务逻辑及数据访问代码。MVC架构如图5.1所示。
　　图5.1  MVC架构图
　　注意：MVC在除Python外的其他语言中也有广泛应用，例如VC++的MFC、Java的Structs及Spring、C#的.NET开发框架，读者应该有深刻的体会。
　　5.1.2  4种Python网络框架：Django、Tornado、Flask、Twisted
　　Python作为最主要的互联网语言，在其发展的二十多年中出现了数十种网络框架，例如Django、Flask、Twisted、Bottle、Web.py等，它们有的历史悠久，有的蓬勃发展，而有的已被停止维护，如何对其进行取舍常常使得初学者犹豫不决。本书带领读者学习当今主流的4种Python网络框架。
　　1．Django
　　Django发布于2003年，是当前Python世界里最负盛名且最成熟的网络框架。最初用来制作在线新闻的Web站点，目前已发展为应用最广泛的Python网络框架。
　　Django的各模块之间结合得比较紧密，所以在功能强大的同时又是一个相对封闭的系统，但是其健全的在线文档及开发社区，使开发者在遇到问题时能找到解决方法。
　　2．Tornado
　　Tornado是一个强大的、支持协程、高效并发且可扩展的Web服务器，发布于2009年9月，应用于FriendFeed、Facebook等社交网站。Tornado的强项在于可以利用它的异步协程机制开发高并发的服务器系统。
　　3．Flask
　　Flask是Python Web框架族里比较年轻的一个，发布于2010年，这使得它吸收了其他框架的优点并且把自己的主要领域定义在了微小项目上。
　　4．Twisted
　　Twisted是一个有着十多年历史的开源事件驱动框架。Twisted不像前3种着眼于网络HTTP应用开发，而是适用于从传输层到自定义应用协议的所有类型的网络程序的开发，并能在不同的操作系统上提供很高的运行效率。
　　说明：目前Twisted对Python 3的支持比较有限，所以用Twisted开发的应用建议使用Python 2.7版本。
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第1篇  打好Python基础
第1章  Python基础知识 2
1．1  Python综述 3
1．1．1  了解Python的特性及版本 3
1．1．2  安装Python 5
1．1．3  使用Python原生编辑器 7
1．1．4  使用Eclipse开发环境 9
1．1．5  Python编程入门――解决“斐波那契数列”问题 14
1．2  数据类型 16
1．2．1  Number类型 17
1．2．2  Sequence类型簇 20
1．2．3  String类型 22
1．2．4  Tuple类型 28
1．2．5  List类型 29
1．2．6  Set类型 30
1．2．7  Dictionary类型 33
1．3  流程控制 35
1．3．1  程序块与作用域 35
1．3．2  判断语句 36
1．3．3  循环语句 38
1．3．4  语句嵌套 41
1．4  函数 42
1．4．1  定义与使用 42
1．4．2  变长参数 44
1．4．3  匿名函数 46
1．5  异常 48
1．5．1  处理异常 48
1．5．2  自定义异常 50
1．6  面向对象编程 51
1．6．1  什么是面向对象 52
1．6．2  类和对象 53
1．6．3  继承 61
1．7  本章总结 64
第2章  Web编程之网络基础 65
2．1  TCP/IP网络 66
2．1．1  计算机网络综述 66
2．1．2  TCP和UDP 70
2．1．3  C/S及B/S架构 73
2．2  HTTP 74
2．2．1  HTTP流程 75
2．2．2  HTTP消息结构 76
2．2．3  HTTP请求方法 80
2．2．4  基于HTTP的网站开发 80
2．3  Socket编程 82
2．3．1  Socket基础 82
2．3．2  实战演练：Socket TCP原语 83
2．3．3  实战演练：Socket UDP原语 87
2．4  本章总结 88
第3章  客户端的编程技术 89
3．1  HTML 90
3．1．1  HTML介绍 90
3．1．2  HTML基本标签 93
3．1．3  HTML表单 99
3．2  CSS 102
3．2．1  样式声明方式 103
3．2．2  CSS语法 104
3．2．3  基于CSS+DIV的页面布局 106
3．3  JavaScript 108
3．3．1  在HTML中嵌入JavaScript 108
3．3．2  JavaScript的基本语法 109
3．3．3  DOM及其读写 115
3．3．4  window对象 118
3．3．5  HTML事件处理 121
3．4  jQuery 124
3．4．1  使用jQuery 124
3．4．2  选择器 125
3．4．3  行为 126
3．5  本章总结 130
第4章  数据库及ORM 131
4．1  数据库概念 131
4．1．1  Web开发中的数据库 132
4．1．2  关系数据库建模 134
4．2  关系数据库编程 137
4．2．1  常用SQL语句 137
4．2．2  实战演练：在Python中应用SQL 143
4．3  ORM编程 145
4．3．1  ORM理论基础 145
4．3．2  Python ORM库介绍 147
4．3．3  实战演练：Peewee库编程 148
4．4  本章总结 151
第2篇  详解主流Python Web框架
第5章  Python网络框架纵览 154
5．1  网络框架综述 155
5．1．1  网络框架及MVC架构 155
5．1．2  4种Python网络框架：Django、Tornado、Flask、Twisted 156
5．2  开发环境准备 157
5．2．1  使用Python虚环境 157
5．2．2  Windows环境下的安装 159
5．2．3  Linux环境下的安装 162
5．2．4  easy_install与pip的使用 163
5．3  Web服务器 165
5．3．1  实战演练1：WSGI接口 165
5．3．2  实战演练2：Linux+Nginx+uWSGI配置 166
5．3．3  实战演练3：建立安全的HTTPS网站 172
5．4  本章总结 174
第6章  企业级开发框架――Django 175
6．1  Django综述 176
6．1．1  Django的特点及结构 176
6．1．2  安装Django 177
6．2  实战演练：开发Django站点 177
6．2．1  建立项目 177
6．2．2  建立应用 178
6．2．3  基本视图 179
6．2．4  内置Web服务器 181
6．2．5  模型类 182
6．2．6  表单视图 185
6．2．7  使用管理界面 188
6．3  Django模型层 190
6．3．1  基本操作 190
6．3．2  关系操作 198
6．3．3  面向对象ORM 202
6．4  Django视图层 205
6．4．1  URL映射 205
6．4．2  视图函数 211
6．4．3  模板语法 213
6．5  使用Django表单 218
6．5．1  表单绑定状态 219
6．5．2  表单数据验证 219
6．5．3  检查变更字段 222
6．6  个性化管理员站点 222
6．6．1  模型 222
6．6．2  模板 225
6．6．3  站点 227
6．7  本章总结 229
第7章  高并发处理框架――Tornado 230
7．1  Tornado概述 231
7．1．1  Tornado介绍 231
7．1．2  安装Tornado 232
7．2  异步及协程基础 232
7．2．1  同步与异步I/O 233
7．2．2  Python关键字yield 234
7．2．3  协程 236
7．3  实战演练：开发Tornado网站 239
7．3．1  网站结构 240
7．3．2  路由解析 241
7．3．3  RequestHandler 242
7．3．4  异步化及协程化 248
7．4  用户身份验证框架 250
7．4．1  安全Cookie机制 250
7．4．2  用户身份认证 252
7．4．3  防止跨站攻击 254
7．5  HTML5 WebSocket概念及应用 256
7．5．1  WebSocket概念 256
7．5．2  服务端编程 259
7．5．3  客户端编程 261
7．6  Tornado网站部署 263
7．6．1  调试模式 264
7．6．2  静态文件 265
7．6．3  运营期配置 267
7．7  本章总结 269
第8章  支持快速建站的框架――Flask 270
8．1  Flask综述 271
8．1．1  Flask的特点 271
8．1．2  在Windows中的安装 272
8．1．3  在Linux及Mac中的安装 274
8．2  实战演练：开发Flask站点 276
8．2．1  Hello World程序 276
8．2．2  模板渲染 278
8．2．3  重定向和错误处理 280
8．3  路由详解 281
8．3．1  带变量的路由 281
8．3．2  HTTP方法绑定 283
8．3．3  路由地址反向生成 284
8．4  使用Context上下文 285
8．4．1  会话上下文 286
8．4．2  应用全局对象 287
8．4．3  请求上下文 289
8．4．4  回调接入点 291
8．5  Jinja2模板编程 292
8．5．1  Jinja2语法 293
8．5．2  使用过滤器 294
8．5．3  流程控制 297
8．5．4  模板继承 300
8．6  SQLAlchemy数据库编程 303
8．6．1  SQLAlchemy入门 303
8．6．2  主流数据库的连接方式 307
8．6．3  查询条件设置 308
8．6．4  关系操作 311
8．6．5  级联 315
8．7  WTForm表单编程 321
8．7．1  定义表单 321
8．7．2  显示表单 322
8．7．3  获取表单数据 324
8．8  本章总结 326
第9章  底层自定义协议网络框架――Twisted 327
9．1  Twisted综述 328
9．1．1  框架概况 328
9．1．2  安装Twisted及周边组件 328
9．2  实战演练：开发TCP广播系统 330
9．2．1  广播服务器 330
9．2．2  广播客户端 332
9．3  UDP编程技术 335
9．3．1  实战演练1：普通UDP 335
9．3．2  实战演练2：Connected UDP 338
9．3．3  实战演练3：组播技术 340
9．4  Twisted高级话题 341
9．4．1  延迟调用 341
9．4．2  使用多线程 347
9．4．3  安全信道 349
9．5  本章总结 352
第3篇  实战项目
第10章  实战1：用Django+PostgreSQL开发移动Twitter 354
10．1  项目概览 355
10．1．1  项目来源（GitHub） 355
10．1．2  安装PostgreSQL数据库并配置Python环境 356
10．1．3  项目结构 358
10．2  页面框架设计 360
10．2．1  基模板文件 360
10．2．2  手机大小自适应（jQuery技术） 363
10．2．3  文本国际化 364
10．2．4  网站页面一览 367
10．3  用户注册及登录 368
10．3．1  页面设计 368
10．3．2  模型层 370
10．3．3  视图设计 371
10．4  手机消息的发布和浏览 376
10．4．1  页面设计 376
10．4．2  模型层 381
10．4．3  视图设计 382
10．5  社交朋友圈 385
10．5．1  页面设计 385
10．5．2  模型层 387
10．5．3  视图设计 388
10．6  个人资料配置 392
10．6．1  页面设计 392
10．6．2  图片上传（第三方库PIL） 394
10．7  Web管理站点 397
10．7．1  定义可管理对象 397
10．7．2  配置管理员 398
10．7．3  使用管理站点 398
10．8  本章总结 400
第11章  实战2：用Tornado+jQuery开发WebSocket聊天室 401
11．1  聊天室概览 402
11．1．1  项目介绍 402
11．1．2  安装和代码结构 403
11．2  消息通信 404
11．2．1  建立网站 404
11．2．2  WebSocket服务器 407
11．2．3  WebSocket客户端 408
11．3  聊天功能 411
11．3．1  昵称 411
11．3．2  消息来源 413
11．3．3  历史消息缓存 415
11．4  用户面板 416
11．4．1  用CSS定义用户列表 416
11．4．2  服务器通知 418
11．4．3  响应服务器动态通知（jQuery动态编程） 419
11．5  本章总结 420
第12章  实战3：用Flask+Bootstrap+Restful开发学校管理系统 421
12．1  系统概览 422
12．1．1  来源及功能 422
12．1．2  项目安装 423
12．1．3  代码结构 425
12．2  数据模型设计 427
12．2．1  E-R图设计 427
12．2．2  SQLAlchemy建模 429
12．3  响应式页面框架设计 435
12．3．1  基模板组件引用 435
12．3．2  响应式导航 439
12．4  新建学校 441
12．4．1  WTForm表单 441
12．4．2  视图及文件上传 443
12．4．3  响应式布局 445
12．5  学校管理 447
12．5．1  查询视图 447
12．5．2  分页模板 450
12．6  Restful接口 453
12．6．1  Restful概念 453
12．6．2  Restless插件 454
12．6．3  开发Restful接口 457
12．7  本章总结 461
第13章  实战4：用Twisted+SQLAlchemy+ZeroMQ开发跨平台物联网消息网关 463
13．1  项目概况 464
13．1．1  功能定义 464
13．1．2  安装和测试 465
13．1．3  项目结构 468
13．2  项目设计 469
13．2．1  SQLAlchmey建模 469
13．2．2  TCP接口设计 474
13．3  通信引擎 476
13．3．1  跨平台安全端口 477
13．3．2  管理连接 478
13．3．3  收发数据 479
13．3．4  TCP流式分包 482
13．3．5  异步执行 484
13．4  协议编程 486
13．4．1  执行命令 486
13．4．2  struct解析字节流 489
13．4．3  序列号生成 490
13．4．4  连接保持 491
13．4．5  发送Response 492
13．4．6  错误机制 494
13．5  ZeroMQ集群 496
13．5．1  内部接口设计 496
13．5．2  PUB/SUB通信模型编程 498
13．6  本章总结 499