در دنیای برنامه‌نویسی وب، فریم‌ورک‌ها نقش مهمی در تسهیل و تسریع فرآیند توسعه برنامه‌ها ایفا می‌کنند. در این مقاله، قصد داریم FastAPI را مورد بررسی قرار دهیم؛ یکی از پیشرفته‌ترین فریم‌ورک‌های Python که به دلیل سرعت بالا و ویژگی‌های امنیتی قابل توجه‌اش، محبوبیت زیادی کسب کرده است. این چارچوب به عنوان ابزاری نوین، توانایی‌های فراوانی را برای توسعه‌دهندگان فراهم می‌آورد که به آن‌ها کمک می‌کند تا با کارایی بهتر و سرعت بیشتری به اهداف خود برسند.

FastAPI چیست؟

FastAPI یک فریم‌ورک (Framework) مدرن و سریع برای توسعه API‌‌ها با استفاده از Python است. این فریم‌ورک بر اساس استانداردهای Open API و JSON Schema طراحی شده و امکان ایجاد مستندات خودکار و بهره‌گیری از Type Hints را فراهم می‌کند. این تکنولوژی بر سرعت و دقت در توسعه API تمرکز دارد و از Asynchronous Programming پشتیبانی می‌کند، که باعث بهبود عملکرد در زمان اجرا می‌شود.

تنوع کاربردهای این چارچوب از ساخت API‌های ساده گرفته تا پیاده‌سازی معماری‌های میکروسرویسی پیچیده، این فریم ورک را به یک انتخاب محبوب در بین توسعه‌دهندگان تبدیل کرده است. استفاده از فریم‌ورک FastAPI نه تنها به افزایش سرعت توسعه کمک می‌کند، بلکه بهبود کیفیت نهایی محصول را نیز تضمین می‌کند. در ادامه به بررسی برخی از مهم‌ترین و پرکاربردترین موارد استفاده از این فریم‌ورک می‌پردازیم.

کاربردهای FastAPI

این فریم‌ورک کاربردی با ویژگی‌های منحصر به فردش، گزینه قدرتمندی برای توسعه انواع اپلیکیشن‌های وب و API است. این فریم‌ورک کارآمد گستره وسیعی از کاربردها را پوشش می‌دهد و مزایای بی‌نظیری را برای توسعه‌دهندگان به ارمغان می‌آورد. از جمله کاربردهای مهمی که این چارچوب توسعه‌وب دارد، عبارتند‌ از:

ساخت سریع API‌های با عملکرد بالا

FastAPI به شما امکان می‌دهد تا API‌های با کارایی بالا را به سرعت توسعه دهید. این فریم‌ورک برای اپلیکیشن‌های موبایل، وب‌سایت‌ها و سیستم‌های مبتنی بر داده بسیار مناسب است. استفاده از FastAPI در این زمینه‌ها به دلیل سرعت بالا در پردازش درخواست‌ها و کاهش تأخیر، تجربه کاربری بهتری را فراهم می‌کند.

پشتیبانی از کد نویسی غیر همزمان(Asynchronous)

با پشتیبانی از Asynchronous Code، برای سناریوهایی که نیاز به پردازش همزمان چندین درخواست است، ایده‌آل می‌باشد. این ویژگی به خصوص در محیط‌هایی که ترافیک بالای شبکه دارند، مفید است و به بهینه‌سازی استفاده از منابع سرور کمک می‌کند.

کدنویسی ساده و سریع

یکی از برجسته‌ترین ویژگی‌هایش، سادگی و سرعت بالا در توسعه است. توسعه‌دهندگان می‌توانند با استفاده از این فریم‌ورک به راحتی API‌های قدرتمندی بسازند که کمترین خطا را دارند، به لطف استفاده از Type Hints و سایر قابلیت‌های Python.

توسعه وب اپلیکیشن‌های تعاملی

این فریم‌ورک را می‌توان در کنار فریم‌ورک‌های فرانت‌اند مدرن مانند React یا Angular برای ساخت وب اپلیکیشن‌های تعاملی و پویا استفاده کرد. این ترکیب به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا رابط کاربری غنی و واکنش‌گرا را با بک‌اند قدرتمندی که توسط FastAPI فراهم شده، ایجاد کنند.

ساخت میکروسرویس‌ها

FastAPI با قابلیت‌هایی مانند پشتیبانی از Docker و Kubernetes، برای ساخت و مدیریت میکروسرویس‌ها بسیار مناسب است. این فریم‌ورک به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا سیستم‌های پیچیده و مقیاس‌پذیر را به آسانی توسعه دهند و مدیریت کنند.

راه‌اندازی و نصب FastAPI: گام به گام

برای شروع کار و استفاده از قابلیت‌های سریع و انعطاف‌پذیر آن، نصب این فریم‌ورک روی محیط توسعه شما چند مرحله ساده را شامل می‌شود. در ادامه، مراحل نصب و راه‌اندازی را به ترتیب و به صورت گام به گام توضیح می‌دهیم.

گام اول: نصب Python

FastAPI بر پایه زبان برنامه‌نویسی Python استوار است، بنابراین اولین قدم، اطمینان از نصب Python نسخه 3.6 یا بالاتر است. Python را می‌توانید از وب‌سایت رسمی Python به آدرس python.org دانلود و نصب کنید.

گام دوم: ایجاد محیط مجازی

پیش از نصب فریم‌ورک و وابستگی‌های آن، توصیه می‌شود که یک محیط مجازی Python ایجاد کنید. این کار از تداخل بسته‌های نصب‌شده با سایر پروژه‌ها جلوگیری می‌کند. برای ایجاد محیط مجازی می‌توانید از دستورات زیر استفاده کنید:

python -m venv fastapi-env

سپس، محیط مجازی را فعال کنید.

در ویندوز:

fastapi-env\Scripts\activate

در mac OS و Linux:

source fastapi-env/bin/activate

گام سوم: نصب FastAPI و Uvicorn

با محیط مجازی (virtual environment) فعال، می‌توانید FastAPI و Uvicorn را که یک سرور Asynchronous Server Gateway Interface برای اجرای اپلیکیشن‌های FastAPI است با استفاده از ابزار مدیریت بسته‌های پایتون (pip) نصب کنید:

pip install fastapi[all]

این دستور، تمامی کتابخانه‌ها و وابستگی‌های لازم، از جمله uvicorn که سرور ASGI برای اجرای اپلیکیشن‌های FastAPI است را بر روی سیستم شما نصب می‌کند.

گام چهارم: ساخت اولین API

پس از نصب، می‌توانید اولین برنامه‌ی FastAPI خود را با ایجاد یک فایل جدید به نام main.py بنویسید و کد زیر را در آن قرار دهید:

from fastapi import FastAPI
app = FastAPI()
@app.get("/")
def read_root():
    return {"Hello": "World"}

گام پنجم: اجرای برنامه

برای اجرای برنامه‌ی خود از Uvicorn به عنوان سرور استفاده کنید. دستور زیر را در ترمینال یا CMD وارد کنید:

uvicorn main:app --reload

این دستور برنامه‌ی FastAPI شما را با قابلیت بارگذاری مجدد خودکار (برای تغییرات کد در زمان توسعه) اجرا می‌کند.
با اتمام این گام‌ها، شما یک برنامه‌ی FastAPI ساده را نصب، راه‌اندازی و اجرا کرده‌اید و حالا آماده‌اید تا پروژه‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تری را آغاز کنید.

مزایا و معایب فریم‌ورک FastAPI

در این بخش، به بررسی دقیق‌تر ویژگی‌های منحصر به فرد FastAPI و تاثیر آن‌ها بر توسعه وب خواهیم پرداخت. این فریم‌ورک به خاطر ساختار مدرن و قابلیت‌های پیشرفته‌اش، مزایا و چالش‌های خاص خود را دارد که می‌تواند بر تصمیمات توسعه‌دهندگان تاثیر بگذارد.

مزایای FastAPI

• سرعت بالا در اجرا و توسعه: طراحی شده برای حداکثر کارایی و کمترین زمان پاسخ‌دهی.
• پشتیبانی از تایپینگ استاتیک: استفاده از Type Hints برای کاهش خطاها و افزایش دقت در توسعه.
• مستندسازی خودکار: ایجاد مستندات API خودکار با استفاده از Swagger و ReDoc بدون نیاز به کد اضافی.
• کارایی بالا در برنامه‌نویسی غیرهمزمان: پشتیبانی از Async و Await برای بهینه‌سازی استفاده از منابع.
• پشتیبانی از مدرن‌ترین ویژگی‌های پایتون: بهره‌گیری از آخرین قابلیت‌های زبان Python برای تجربه‌ی بهتر توسعه.

معایب FastAPI

• اکوسیستم نسبتاً کوچک: در مقایسه با فریم‌ورک‌های دیگر مانند Django یا Flask، اکوسیستم کمتری دارد.
• نیاز به دانش برنامه‌نویسی غیرهمزمان:دانش کافی از برنامه‌نویسی غیرهمزمان برای استفاده  از FastAPI ضروری است.

با درک این مزایا و معایب، توسعه‌دهندگان می‌توانند تصمیم‌ بهتری برای انتخاب فریم ورک مناسب در هر پروژه نرم افزاری داشته باشند.

احراز هویت در FastAPI

احراز هویت یکی از جنبه‌های مهم توسعه هر وب اپلیکیشن‌ است. این چارچوب با ارائه ابزارهای قدرتمند برای مدیریت احراز هویت و مجوزها، توسعه‌دهندگان را قادر می‌سازد تا اپلیکیشن‌های امنی بسازند.در این بخش با هدف درکی عمیق از این امکانات برای شما به روش‌های احراز هویت و مدیریت مجوزها در این فریم‌ورک می‌پردازیم.

این پلتفرم چندین روش برای احراز هویت را پشتیبانی می‌کند که شامل استفاده از توکن‌ها، OAuth2 و کوکی‌ها می‌شود. برای بهبوود امنیت، این فریم‌ورک از ماژول‌هایی مانند python-jose برای JWT و passlib برای هش (hash) کردن رمز عبور استفاده می‌کند.

تنظیم OAuth2

OAuth2 یکی از روش‌های رایج برای احراز هویت در اپلیکیشن‌های مدرن است. FastAPI امکانات زیر را برای پیاده‌سازی این روش فراهم می‌کند:

• تعریف endpoint‌‌های ورود و خروج: این فریم‌ورک اجازه می‌دهد تا به سادگی endpoint‌هایی برای ورود و خروج کاربران تعریف کنید.
• ایجاد توابع dependency: توابع dependency به شما امکان می‌دهند تعیین کنید که آیا یک درخواست خاص نیاز به کاربر احراز هویت شده دارد یا خیر.
• مدیریت توکن‌ها: فریم‌ورک FastAPI ابزارهایی را برای ساخت و مدیریت توکن‌ها ارایه میدهد که به کاربران اجازه می‌دهد پس از ورود به سیستم، به منابعی که محافظت شده هستند دسترسی داشته باشند.

مدیریت مجوزها

پس از احراز هویت، مرحله بعدی تعیین سطح دسترسی کاربر است. این فریم‌ورک به شما امکان می‌دهد تا مجوزهای مختلفی بر اساس نقش‌های کاربران تعریف کنید که اغلب از طریق توابع dependency انجام می‌شود.
در زیر نمونه‌ای از کد برای تعیین اینکه آیا کاربر دارای نقش ادمین است یا خیر آورده شده است:

from fastapi import Depends, HTTPException, status
from fastapi.security import OAuth2PasswordBearer
from typing import Optional
oauth2_scheme = OAuth2PasswordBearer(tokenUrl="token")
def get_current_user(token: str = Depends(oauth2_scheme)):
    user = fake_decode_token(token)
    return user
def get_current_active_user(
current_user: User = Depends(get_current_user)
):
    if not current_user.is_active:
        raise HTTPException(status_code=400)
    return current_user
def get_current_admin_user(
current_user: User = Depends(get_current_active_user)
):
    if current_user.role != "admin":
        raise HTTPException(status_code=401)
    return current_user

با استفاده از این توابع در endpoint‌های مختلف، می‌توانید مشخص کنید  تنها کاربرانی که مجوزهای لازم را دارند به منابع حساس دسترسی پیدا کنند. این تنظیمات امنیتی ، فریم‌ورک FastAPI را به یکی از امن‌ترین و قابل انعطاف‌ترین فریم‌ورک‌ها برای توسعه‌ی وب اپلیکیشن‌ها تبدیل می‌کند.

تست نویسی با FastAPI

این ابزار با بهره‌گیری از قابلیت‌های Starlette، امکان تست کلاینت را به صورت داخلی فراهم می‌کند. این ویژگی به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا API‌های خود را به شکل زیر تست کنند:

from fastapi.testclient import TestClient
client = TestClient(app)
def test_read_root():
    response = client.get("/")
    assert response.status_code == 200
    assert response.json() == {"Hello": "World"}

این کد API endpoint شما را فراخوانی می‌کند و پاسخ دریافتی را بررسی می‌کند.
شما می‌توانید پارامترهای کوئری (query string in URL)، بدنه‌های درخواست، احراز هویت و غیره را نیز تست کنید. به عنوان مثال:

def test_greet():
    response = client.get("/greet/John")
    assert response.status_code == 200
    assert response.text == "Hello John"
def test_create_item():
    response = client.post("/items/", json={"name": "Foo")
    assert response.status_code == 200

برای تست جریان‌های OAuth2، می‌توانید به طور مستقیم endpoint‌های OAuth2 را فراخوانی کنید. این روش تست به شما امکان می‌دهد تا از صحت عملکرد تمام جنبه‌های API خود اطمینان حاصل کنید و به توسعه‌ی نرم‌افزاری مطمئن و کارآمد کمک می‌کند.

جمع بندی

FastAPI با تمرکز بر سرعت، کارایی و سادگی، یکی از بهترین گزینه‌ها برای توسعه API‌های مدرن و کارآمد به شمار می‌رود. این فریم‌ورک قدرتمند با بهره‌گیری از ویژگی‌های پیشرفته Python و پشتیبانی از برنامه‌نویسی غیرهمگام (Asynchronous Programming)، به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد تا برنامه‌هایی با عملکرد فوق‌العاده، قابلیت نگهداری آسان و مقیاس‌پذیری بالا خلق کنند.
علاوه بر این، FastAPI با ارائه مستندسازی خودکار، پشتیبانی از ابزارهای توسعه قدرتمند و جامعه فعال کاربران، فرآیند توسعه را برای برنامه‌نویسان تسهیل می‌کند. این فریم‌ورک کاربرد گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف از جمله وب اپلیکیشن‌ها، میکروسرویس‌ها، سیستم‌های تحلیل داده و موارد دیگر دارد.
اگر تجربه‌ استفاده از این فریم‌ورک قدرتمند را در پروژه‌های خود دارید، پیشنهاد می‌دهم تجربیات، چالش‌ها، دستاوردها و نکات آموزنده خود را در بخش نظرات همین مقاله با جامعه کاربران به اشتراک بگذارید. اشتراک‌گذاری دانش و تجربیات شما می‌تواند به پیشرفت و بهبود مستمر و افزایش آگاهی در مورد این ابزار ارزشمند کمک شایانی کند.