Einführung in Django

Was ist Django?

Django ist ein hochentwickeltes Python-Web-Framework, das die schnelle Entwicklung von sicheren und wartbaren Websites ermöglicht. Django, das von erfahrenen Entwicklern erstellt wurde, nimmt Ihnen einen Großteil der Mühe bei der Webentwicklung ab, sodass Sie sich darauf konzentrieren können, Ihre App zu schreiben, ohne das Rad neu erfinden zu müssen. Es ist kostenlos und Open Source, hat eine florierende und aktive Community, eine großartige Dokumentation und viele Optionen für kostenlosen und kostenpflichtigen Support.

Django hilft Ihnen, Software zu schreiben, die:

Vollständig

Django folgt der Philosophie "Batterien enthalten" und bietet fast alles, was Entwickler möglicherweise "out of the box" tun möchten. Da alles, was Sie benötigen, Teil eines einzigen "Produkts" ist, funktioniert alles nahtlos zusammen, folgt konsistenten Designprinzipien und hat eine umfassende und aktuelle Dokumentation.

Vielseitig

Django kann (und wurde) für den Bau fast jeder Art von Website verwendet werden – von Content-Management-Systemen und Wikis über soziale Netzwerke bis hin zu Nachrichtenseiten. Es kann mit jedem clientseitigen Framework arbeiten und Inhalte in fast jedem Format liefern (einschließlich HTML, RSS-Feeds, JSON und XML).

Intern bietet es zwar Auswahlmöglichkeiten für fast jede gewünschte Funktionalität (z. B. mehrere beliebte Datenbanken, Template-Engines usw.), kann aber auch erweitert werden, um bei Bedarf andere Komponenten zu verwenden.

Sicher

Django hilft Entwicklern, viele gängige Sicherheitsfehler zu vermeiden, indem es ein Framework bereitstellt, das so konzipiert ist, dass es die "richtigen Dinge" tut, um die Website automatisch zu schützen. Zum Beispiel bietet Django eine sichere Möglichkeit zur Verwaltung von Benutzerkonten und Passwörtern und vermeidet gängige Fehler wie das Speichern von Sitzungsinformationen in Cookies, wo sie anfällig sind (stattdessen enthalten Cookies nur einen Schlüssel, und die eigentlichen Daten werden in der Datenbank gespeichert) oder das direkte Speichern von Passwörtern anstelle eines Passwort-Hashes.

Ein Passwort-Hash ist ein Wert fester Länge, der erzeugt wird, indem das Passwort durch eine kryptographische Hash-Funktion gesendet wird. Django kann prüfen, ob ein eingegebenes Passwort korrekt ist, indem es durch die Hash-Funktion läuft und die Ausgabe mit dem gespeicherten Hash-Wert vergleicht. Aufgrund der "Einweg-Natur" der Funktion ist es jedoch selbst dann, wenn ein gespeicherter Hash-Wert kompromittiert wird, für einen Angreifer schwer, das ursprüngliche Passwort herauszufinden.

Django ermöglicht standardmäßig Schutz vor vielen Schwachstellen, einschließlich SQL-Injection, Cross-Site Scripting, Cross-Site Request Forgery und Clickjacking (siehe Website-Sicherheit für weitere Details zu solchen Angriffen).

Skalierbar

Django verwendet eine komponentenbasierte "shared-nothing"-Architektur (jeder Teil der Architektur ist unabhängig von den anderen und kann daher bei Bedarf ersetzt oder geändert werden). Eine klare Trennung zwischen den verschiedenen Teilen bedeutet, dass es für erhöhten Datenverkehr skalieren kann, indem Hardware auf jeder Ebene hinzugefügt wird: Caching-Server, Datenbankserver oder Anwendungsserver. Einige der geschäftigsten Seiten haben erfolgreich Django skaliert, um ihre Anforderungen zu erfüllen (z.B. Instagram und Disqus, um nur zwei zu nennen).

Wartbar

Django-Code wird nach Designprinzipien und -mustern geschrieben, die die Erstellung von wartbarem und wiederverwendbarem Code fördern. Insbesondere nutzt es das Prinzip Don't Repeat Yourself (DRY), sodass es keine unnötige Duplikation gibt, was die Code-Menge reduziert. Django fördert auch das Gruppieren von zusammengehöriger Funktionalität in wiederverwendbare "Anwendungen" und auf niedriger Ebene das Gruppieren von zusammengehörigem Code in Module (entlang des Model View Controller (MVC)-Musters).

Portabel

Django ist in Python geschrieben, das auf vielen Plattformen läuft. Das bedeutet, dass Sie nicht an eine bestimmte Server-Plattform gebunden sind und Ihre Anwendungen auf vielen Varianten von Linux, Windows und macOS ausführen können. Darüber hinaus wird Django von vielen Webhosting-Anbietern gut unterstützt, die häufig spezielle Infrastrukturen und Dokumentation für das Hosting von Django-Websites bereitstellen.

Woher kommt es?

Django wurde ursprünglich zwischen 2003 und 2005 von einem Webteam entwickelt, das für die Erstellung und Wartung von Zeitungswebseiten verantwortlich war. Nachdem eine Reihe von Seiten erstellt worden waren, begann das Team, viel gemeinsamen Code und Entwurfsmuster auszulagern und wieder zu verwenden. Dieser gemeinsame Code entwickelte sich zu einem generischen Webentwicklungsframework, das im Juli 2005 als "Django"-Projekt als Open Source veröffentlicht wurde.

Django wächst und verbessert sich stetig, von der ersten Meilensteinversion (1.0) im September 2008 bis zur Version 5.0 Ende 2023. Jede Veröffentlichung fügte neue Funktionalitäten und Fehlerbehebungen hinzu, angefangen bei der Unterstützung neuer Datenbanktypen, Template-Engines und Caching bis hin zur Hinzufügung generischer View-Funktionen und -Klassen (die die Menge des Codes reduzieren, den Entwickler für eine Reihe von Programmieraufgaben schreiben müssen).

Django ist jetzt ein florierendes, kollaboratives Open-Source-Projekt mit vielen tausend Benutzern und Mitwirkenden. Obwohl es noch einige Merkmale aufweist, die seine Herkunft widerspiegeln, hat sich Django zu einem vielseitigen Framework entwickelt, das in der Lage ist, jede Art von Website zu entwickeln.

Wie populär ist Django?

Es gibt keine leicht verfügbare und definitive Maßnahme für die Popularität von serverseitigen Frameworks (obwohl Sie die Popularität anhand von Mechanismen wie der Zählung der Anzahl von GitHub-Projekten und Stack Overflow-Fragen für jede Plattform abschätzen können). Eine bessere Frage ist, ob Django "beliebt genug" ist, um die Probleme von unbeliebten Plattformen zu vermeiden. Entwickelt es sich weiter? Können Sie Hilfe bekommen, wenn Sie sie brauchen? Gibt es die Möglichkeit, bezahlte Arbeit zu bekommen, wenn Sie Django lernen?

Basierend auf der Anzahl hochkarätiger Seiten, die Django verwenden, der Anzahl der Personen, die zum Code-Base beitragen, und der Anzahl der Personen, die sowohl kostenlosen als auch kostenpflichtigen Support bieten, ist Django ein beliebtes Framework!

Hochkarätige Seiten, die Django verwenden, umfassen: Disqus, Instagram, Knight Foundation, MacArthur Foundation, Mozilla, National Geographic, Open Knowledge Foundation, Pinterest und Open Stack (Quelle: Django Übersicht Seite).

Ist Django meinungsstark?

Web-Frameworks bezeichnen sich oft als "meinungsstark" oder "nicht meinungsstark".

Meinungsstarke Frameworks sind solche, die eine Meinung darüber haben, wie eine bestimmte Aufgabe "richtig" zu bewältigen ist. Sie unterstützen oft die schnelle Entwicklung in einer bestimmten Domäne (Lösung von Problemen eines bestimmten Typs), weil der richtige Weg, etwas zu tun, in der Regel gut verstanden und gut dokumentiert ist. Sie können jedoch weniger flexibel sein, um Probleme außerhalb ihrer Hauptdomäne zu lösen, und bieten tendenziell weniger Auswahlmöglichkeiten für die zu verwendenden Komponenten und Ansätze.

Nicht meinungsstarke Frameworks hingegen haben viel weniger Einschränkungen hinsichtlich der besten Möglichkeit, Komponenten zu kombinieren, um ein Ziel zu erreichen, oder sogar, welche Komponenten verwendet werden sollten. Sie erleichtern es Entwicklern, die am besten geeigneten Werkzeuge zu verwenden, um eine bestimmte Aufgabe zu erledigen, wenn auch auf Kosten der Tatsache, dass Sie diese Komponenten selbst finden müssen.

Django ist "etwas meinungsstark" und bietet daher das "Beste aus beiden Welten". Es bietet eine Reihe von Komponenten, um die meisten Webentwicklungsaufgaben zu bewältigen, und eine (oder zwei) bevorzugte Möglichkeiten, sie zu verwenden. Die entkoppelte Architektur von Django bedeutet jedoch, dass Sie in der Regel aus einer Reihe verschiedener Optionen auswählen oder Unterstützung für völlig neue hinzufügen können, wenn gewünscht.

Wie sieht Django-Code aus?

In einer traditionellen datengesteuerten Website wartet eine Webanwendung auf HTTP-Anfragen des Webbrowsers (oder eines anderen Clients). Wenn eine Anfrage eingegangen ist, ermittelt die Anwendung, was basierend auf der URL und möglicherweise in POST oder GET Daten benötigten Informationen erforderlich ist. Abhängig davon, was benötigt wird, kann es dann Informationen aus einer Datenbank lesen oder schreiben oder andere erforderliche Aufgaben zur Erfüllung der Anfrage ausführen. Die Anwendung gibt dann eine Antwort an den Webbrowser zurück, häufig durch dynamisches Erstellen einer HTML-Seite für den Browser, indem die abgerufenen Daten in Platzhalter in einem HTML-Template eingefügt werden.

Django-Webanwendungen gruppieren normalerweise den Code, der jeden dieser Schritte handhabt, in separaten Dateien:

• URLs: Es ist zwar möglich, Anfragen jeder einzelnen URL über eine einzige Funktion zu verarbeiten, aber es ist weitaus wartbarer, eine separate View-Funktion zu schreiben, die jede Ressource handhabt. Ein URL-Mapper wird verwendet, um HTTP-Anfragen basierend auf der Anforderungs-URL zur entsprechenden View weiterzuleiten. Der URL-Mapper kann auch bestimmte Muster von Zeichenketten oder Ziffern, die in einer URL erscheinen, erkennen und diese als Daten an eine View-Funktion übergeben.
• View: Eine View ist eine Anforderungsverarbeitungsfunktion, die HTTP-Anfragen empfängt und HTTP-Antworten zurückgibt. Views greifen über Models auf die benötigten Daten zu, um Anfragen zu erfüllen, und überlassen die Formatierung der Antwort den Templates.
• Models: Models sind Python-Objekte, die die Struktur der Daten einer Anwendung definieren und Mechanismen bereitstellen, um Datensätze in der Datenbank zu verwalten (hinzufügen, ändern, löschen) und abzufragen.
• Templates: Ein Template ist eine Textdatei, die die Struktur oder das Layout einer Datei (wie einer HTML-Seite) definiert, wobei Platzhalter verwendet werden, um tatsächlichen Inhalt darzustellen. Eine View kann eine HTML-Seite dynamisch unter Verwendung eines HTML-Templates erstellen und sie mit Daten aus einem Model ausfüllen. Ein Template kann verwendet werden, um die Struktur jedes Dateityps zu definieren; es muss nicht HTML sein!

Die folgenden Abschnitte geben Ihnen eine Vorstellung davon, wie diese Hauptteile einer Django-App aussehen könnten (wir werden später im Kurs mehr ins Detail gehen, sobald wir eine Entwicklungsumgebung eingerichtet haben).

Weiterleitung der Anforderung zur richtigen View (urls.py)

Ein URL-Mapper wird typischerweise in einer Datei mit dem Namen urls.py gespeichert. Im folgenden Beispiel definiert der Mapper (urlpatterns) eine Liste von Zuordnungen zwischen Routen (bestimmten URL-Mustern)_ und entsprechenden View-Funktionen. Wenn eine HTTP-Anfrage mit einer URL eingeht, die einem bestimmten Muster entspricht, wird die zugeordnete View-Funktion aufgerufen und die Anfrage übergeben.

urlpatterns = [
    path('admin/', admin.site.urls),
    path('book/<int:id>/', views.book_detail, name='book_detail'),
    path('catalog/', include('catalog.urls')),
    re_path(r'^([0-9]+)/$', views.best),
]

Das urlpatterns-Objekt ist eine Liste von path() und/oder re_path()-Funktionen (Python-Listen werden in eckigen Klammern definiert, wobei Elemente durch Kommas getrennt sind und optional ein nachgestelltes Komma enthalten können. Zum Beispiel: [item1, item2, item3,]).

Das erste Argument für beide Methoden ist eine Route (Muster), die übereinstimmen wird. Die path()-Methode verwendet spitze Klammern, um Teile einer URL zu definieren, die erfasst und als benannte Argumente an die View-Funktion übergeben werden. Die re_path()-Funktion verwendet einen flexiblen Musterabgleichsansatz, der als regulärer Ausdruck bekannt ist. Wir werden darüber in einem späteren Artikel sprechen!

Das zweite Argument ist eine andere Funktion, die aufgerufen wird, wenn das Muster übereinstimmt. Die Notation views.book_detail zeigt an, dass die Funktion book_detail() heißt und sich in einem Modul namens views befindet (d.h. in einer Datei namens views.py).

Verarbeiten der Anfrage (views.py)

Views sind das Herzstück der Webanwendung, sie empfangen HTTP-Anfragen von Web-Clients und geben HTTP-Antworten zurück. Dazwischen orchestrieren sie die anderen Ressourcen des Frameworks, um auf Datenbanken zuzugreifen, Templates zu rendern usw.

Das unten stehende Beispiel zeigt eine minimale View-Funktion index(), die von unserem URL-Mapper im vorherigen Abschnitt aufgerufen worden sein könnte. Wie alle View-Funktionen empfängt sie ein HttpRequest-Objekt als Parameter (request) und gibt ein HttpResponse-Objekt zurück. In diesem Fall machen wir nichts mit der Anfrage und unsere Antwort gibt eine fest codierte Zeichenkette zurück. Wir zeigen Ihnen eine Anfrage, die in einem späteren Abschnitt etwas Interessanteres tut.

# filename: views.py (Django view functions)

from django.http import HttpResponse

def index(request):
    # Get an HttpRequest - the request parameter
    # perform operations using information from the request.
    # Return HttpResponse
    return HttpResponse('Hello from Django!')

Views werden normalerweise in einer Datei namens views.py gespeichert.

Definieren von Datenmodellen (models.py)

Django-Webanwendungen verwalten und fragen Daten über Python-Objekte ab, die als Modelle bezeichnet werden. Modelle definieren die Struktur der gespeicherten Daten, einschließlich der Feldtypen und möglicherweise ihrer maximalen Größe, Standardwerte, Auswahlmöglichkeiten für Auswahllisten, Hilfstext für Dokumentation, Beschriftungstext für Formulare usw. Die Definition des Modells ist unabhängig von der zugrunde liegenden Datenbank — Sie können eine von mehreren als Teil Ihrer Projekteinstellungen auswählen. Sobald Sie ausgewählt haben, welche Datenbank Sie verwenden möchten, müssen Sie nicht mehr direkt mit ihr sprechen — Sie schreiben einfach Ihre Modellstruktur und anderen Code und Django erledigt die ganze "dreckige Arbeit" der Kommunikation mit der Datenbank für Sie.

Der unten stehende Codeausschnitt zeigt ein sehr einfaches Django-Modell für ein Team-Objekt. Die Team-Klasse ist von der Django-Klasse models.Model abgeleitet. Es definiert den Teamnamen und das Teamlevel als Zeichenfelder und gibt eine maximale Anzahl von Zeichen an, die für jeden Datensatz gespeichert werden sollen. Das team_level kann einer von mehreren Werten sein, daher definieren wir es als Auswahlfeld und bieten eine Zuordnung zwischen anzeigbaren Auswahlmöglichkeiten und zu speichernden Daten zusammen mit einem Standardwert an.

# filename: models.py

from django.db import models

class Team(models.Model):
    team_name = models.CharField(max_length=40)

    TEAM_LEVELS = (
        ('U09', 'Under 09s'),
        ('U10', 'Under 10s'),
        ('U11', 'Under 11s'),
        # …
        # list other team levels
    )
    team_level = models.CharField(max_length=3, choices=TEAM_LEVELS, default='U11')

Datenabfrage (views.py)

Das Django-Modell bietet eine einfache Abfrage-API zum Durchsuchen der zugehörigen Datenbank. Diese kann anhand einer Anzahl von Feldern gleichzeitig anhand verschiedener Kriterien (z. B. exakt, ohne Berücksichtigung der Groß-/Kleinschreibung, größer als usw.) suchen und kann komplexe Anweisungen unterstützen (zum Beispiel können Sie eine Suche nach U11-Teams angeben, die einen Teamnamen haben, der mit "Fr" beginnt oder mit "al" endet).

Der Codeausschnitt zeigt eine View-Funktion (Ressourcen-Handler) für das Anzeigen all unserer U09-Teams. Die Zeile list_teams = Team.objects.filter(team_level__exact="U09") zeigt, wie wir die Modellabfrage-API verwenden können, um alle Datensätze zu filtern, bei denen das team_level-Feld genau den Text U09 enthält (beachten Sie, wie dieses Kriterium an die filter()-Funktion als Argument übergeben wird, wobei der Feldname und der Abgleichstyp durch einen Doppelunterstrich getrennt sind: team_level__exact).

## filename: views.py

from django.shortcuts import render
from .models import Team

def index(request):
    list_teams = Team.objects.filter(team_level__exact="U09")
    context = {'youngest_teams': list_teams}
    return render(request, '/best/index.html', context)

Diese Funktion verwendet die render()-Funktion, um das HttpResponse, das an den Browser zurückgesendet wird, zu erstellen. Diese Funktion ist eine Abkürzung; sie erstellt eine HTML-Datei, indem sie ein angegebenes HTML-Template und einige Daten, die in das Template eingefügt werden sollen, kombiniert (bereitgestellt in der Variable namens context). Im nächsten Abschnitt zeigen wir, wie das Template die Daten in ihm eingefügt hat, um das HTML zu erstellen.

Daten rendern (HTML-Templates)

Templatesysteme ermöglichen es Ihnen, die Struktur eines Ausgangedokuments zu spezifizieren, indem Platzhalter für Daten verwendet werden, die eingefügt werden, wenn eine Seite generiert wird. Templates werden oft verwendet, um HTML zu erstellen, können aber auch andere Dokumenttypen erstellen. Django unterstützt sowohl sein natives Templatesystem als auch eine andere beliebte Python-Bibliothek namens Jinja2 „out of the box“ (es kann bei Bedarf auch andere Systeme unterstützen).

Der Codeausschnitt zeigt, wie das HTML-Template aussieht, das von der render()-Funktion im vorherigen Abschnitt aufgerufen wurde. Dieses Template wurde unter der Annahme geschrieben, dass es Zugriff auf eine Listenvariable namens youngest_teams haben wird, wenn es gerendert wird (dies ist in der context-Variable innerhalb der render()-Funktion oben enthalten). Innerhalb des HTML-Skeletts haben wir einen Ausdruck, der zuerst prüft, ob die youngest_teams-Variable existiert, und dann in einer for-Schleife iteriert. Bei jeder Iteration zeigt das Template den team_name-Wert jedes Teams in einem <li> Element an.

## filename: best/templates/best/index.html

<!doctype html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="utf-8">
  <title>Home page</title>
</head>
<body>
  {% if youngest_teams %}
    <ul>
      {% for team in youngest_teams %}
        <li>{{ team.team_name }}</li>
      {% endfor %}
    </ul>
  {% else %}
    <p>No teams are available.</p>
  {% endif %}
</body>
</html>

Was können Sie sonst noch tun?

Die vorangehenden Abschnitte zeigen die Hauptfunktionen, die Sie in fast jeder Webanwendung verwenden werden: URL-Mapping, Views, Modelle und Templates. Ein paar der anderen Dinge, die von Django bereitgestellt werden, sind:

• Formulare: HTML-Formulare werden verwendet, um Benutzerdaten zur Verarbeitung auf dem Server zu sammeln. Django vereinfacht die Erstellung, Validierung und Verarbeitung von Formularen.
• Benutzerauthentifizierung und Berechtigungen: Django enthält ein robustes Benutzerauthentifizierungs- und Berechtigungssystem, das mit Blick auf die Sicherheit erstellt wurde.
• Caching: Das Erstellen von Inhalten dynamisch ist viel rechenintensiver (und langsamer) als das Liefern von statischen Inhalten. Django bietet flexibles Caching, sodass Sie alle oder Teile einer gerenderten Seite speichern können, damit sie nicht unnötig erneut gerendert wird.
• Admin-Site: Die Django-Admin-Site ist standardmäßig enthalten, wenn Sie eine App mit dem Basisskelett erstellen. Dadurch wird es unglaublich einfach, eine Admin-Seite für Site-Administratoren bereitzustellen, um beliebige Datenmodelle in Ihrer Site zu erstellen, zu bearbeiten und anzuzeigen.
• Daten serialisieren: Django macht es einfach, Ihre Daten als XML oder JSON zu serialisieren und bereitzustellen. Dies kann nützlich sein, wenn Sie einen Webdienst erstellen (eine Website, die ausschließlich Daten bereitstellt, die von anderen Anwendungen oder Sites genutzt werden und nichts selbst angezeigt), oder wenn Sie eine Website erstellen, auf der der clientseitige Code die gesamte Datenrendering vornimmt.

Zusammenfassung

Glückwunsch, Sie haben den ersten Schritt in Ihrem Django-Reise abgeschlossen! Sie sollten jetzt die Hauptvorteile von Django verstehen, ein wenig über seine Geschichte erfahren und grob wissen, wie jeder der Hauptteile einer Django-App aussehen könnte. Sie sollten auch ein paar Dinge über die Python-Programmiersprache gelernt haben, einschließlich der Syntax für Listen, Funktionen und Klassen.

Sie haben oben bereits einige echte Django-Codes gesehen, aber im Gegensatz zu clientseitigem Code müssen Sie eine Entwicklungsumgebung einrichten, um ihn auszuführen. Das ist unser nächster Schritt.

• Übersicht: Django Webframework (Python)
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