[
{
"id": "01",
"group": "起步与 HTTP",
"title": "启动第一个 FastAPI 服务",
"summary": "从空文件夹开始，在浏览器看到 {\"status\":\"ok\"}，修改文件后还能看到结果随之变化。",
"objectives": [
"亲手创建文件夹、安装所需包并写出 main.py",
"启动服务后用浏览器和文档页面拿到同一结果",
"改一行内容并验证更新，最后能正常停止和重新启动"
],
"concepts": [
{
"title": "独立环境解决“用哪个 Python”",
"body": "回看第 3、4 步，.venv 创建环境，激活选择当前终端使用的环境，sys.executable 给出证据；python -m pip 把包安装到同一个 Python 下。"
},
{
"title": "路由把地址与函数接起来",
"body": "第 9、10 步通过两种入口都拿到 ok：GET /health 先匹配 @app.get，再运行 health，字典被转换成 JSON。状态码 200 与 JSON 内容各自承担不同信息。"
},
{
"title": "服务进程需要保持运行",
"body": "第 8 步的终端持续等待，第 11 步 Ctrl+C 后连接失败。Uvicorn 持续接收请求；main:app 指向代码对象，127.0.0.1:8000 指向本机接收位置。"
},
{
"title": "自动重载是开发时的便利",
"body": "第 11 步保存文件就看到 ready，这是 --reload 的效果。它会重新启动应用，后面用内存保存的商品也会随重载清空，不能把它当成持久保存。"
}
],
"steps": [
{
"title": "打开终端，确认 Python 可以使用",
"lang": "text",
"code": "Windows PowerShell：py -3 --version\nmacOS / Linux 终端：python3 --version",
"body": "Windows 打开开始菜单中的 PowerShell；macOS 打开“终端”；Linux 打开终端应用。下方两行是系统对应表，只输入与你的系统对应的冒号后命令，不要复制系统名称，也不要两行都执行。",
"expected": "终端显示 Python 3.11.x 或更高版本，然后重新出现输入提示符。如果显示“找不到命令”，先检查 Python 安装。",
"explanation": "终端是输入命令并查看程序输出的窗口。--version 只询问 Python 的版本，还没有启动我们的商品服务；Windows 常用 py -3 选择 Python 3，另外两个系统常用 python3。"
},
{
"title": "创建商品服务的工作文件夹",
"lang": "bash",
"code": "mkdir api-lab\ncd api-lab",
"body": "在编辑器打开准备放练习的父文件夹，并在这里打开终端；也可以先用 cd 切换到该位置。依次执行下面两行。若 api-lab 已存在，先确认它是本课练习目录，再只执行 cd api-lab，不要覆盖已有项目。",
"expected": "文件管理器中出现 api-lab；终端当前路径末尾为 api-lab。此时目录里还没有 main.py，这正是预期起点。",
"explanation": "mkdir 创建文件夹，cd 把终端的工作位置切换进去。后面不写绝对路径的命令都会以这里为起点，因此文件放错目录会导致启动时找不到 main.py。"
},
{
"title": "为这个项目创建独立环境",
"lang": "bash",
"code": "# Windows PowerShell：只执行这两行\npy -3 -m venv .venv\n.\\.venv\\Scripts\\Activate.ps1\n\n# macOS / Linux：只执行这两行\npython3 -m venv .venv\nsource .venv/bin/activate",
"body": "在刚才的终端中，只执行下方对应系统的两行。第一行可能需要等待片刻。Windows 如果提示脚本被禁止，不修改全局策略，改用 .\\.venv\\Scripts\\python.exe 代替本课后续命令开头的 python。",
"expected": "api-lab 中出现 .venv 文件夹；激活后提示符通常显示 (.venv)。提示符未显示时先做下一步路径检查，不仅凭外观判断。",
"explanation": "刚建立的 .venv 是这个项目专用的 Python 环境，也叫虚拟环境。它让之后安装的包放在本项目下。激活只把当前终端的 python 命令指向该环境，关掉终端后需要重新进入目录并激活。"
},
{
"title": "确认后续命令用的是项目里的 Python",
"lang": "bash",
"code": "python -c \"import sys; print(sys.executable)\"",
"body": "执行下面的检查命令。若第 3 步采用了 Windows 不激活方案，将开头的 python 换成 .\\.venv\\Scripts\\python.exe。编辑器也选择此路径作为 Python 解释器。",
"expected": "输出路径包含 api-lab\\.venv 或 api-lab/.venv。如果指向系统安装目录，回到第 3 步激活后重试。",
"explanation": "sys.executable 显示这次实际运行的 Python 路径。我们现在确认的是“将由谁安装包、由谁运行代码”，从而避免包装在一个环境、服务却在另一个环境启动。"
},
{
"title": "写下本项目要安装的三个包",
"body": "在编辑器中打开 api-lab，创建 requirements.txt，把下方三行原样保存为文件内容；这三行不是终端命令。确认文件名没有变成 requirements.txt.txt。下载完整示例时可沿用包内已锁定的 requirements.txt。",
"filename": "requirements.txt",
"lang": "bash",
"code": "fastapi>=0.115,<1\nuvicorn[standard]>=0.30,<1\npydantic>=2,<3",
"expected": "api-lab/requirements.txt 中有三行包名与版本范围，和 .venv 位于同一层。到这一步没有安装输出是正常的。",
"explanation": "FastAPI 帮我们处理网页发来的请求；Uvicorn 负责持续接收请求并把它交给程序；Pydantic 后面负责检查商品字段。>= 和 < 指定可用版本范围，本课程使用 Pydantic 2 的写法。"
},
{
"title": "安装包并记录实际版本",
"lang": "bash",
"code": "python -m pip install -r requirements.txt\npython -m pip freeze > requirements-lock.txt",
"body": "回到已通过路径检查的终端，逐行运行下面命令。等待第一条没有错误地结束，再运行第二条；如果第一条下载失败，先按报错检查网络，再重新执行安装。",
"expected": "安装过程结束且没有 ERROR；已经安装时会看到 Requirement already satisfied。随后出现 requirements-lock.txt，里面列出实际安装的精确版本。",
"explanation": "python -m pip 让刚确认过的 Python 运行它的包安装工具；-r 指示从文件读取包清单。freeze 把实际版本写下来，今后可用 python -m pip install -r requirements-lock.txt 重建相同版本的环境。"
},
{
"title": "写下第一个能返回结果的接口",
"body": "在 api-lab 根目录创建 main.py，粘贴下面完整代码并保存。注意文件名和缩进：return 前有四个空格；此时只创建一次 app，不把这段代码重复粘贴两遍。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "from fastapi import FastAPI\n\napp = FastAPI(title=\"API Lab\", version=\"0.1.0\")\n\n@app.get(\"/health\", tags=[\"system\"])\ndef health():\n return {\"status\": \"ok\"}",
"expected": "编辑器中 main.py 与 requirements.txt 同级。保存文件本身不会让浏览器出现结果，下一步才真正运行服务。",
"explanation": "app = FastAPI(...) 建立应用对象；紧挨 health 函数上方的 @app.get(\"/health\") 把 GET /health 与这个函数关联，这种关联叫路由。请求到来时函数返回 Python 字典，框架再把字典转换成网页能收到的 JSON 文本。"
},
{
"title": "运行 main.py 中的服务",
"body": "在 main.py 所在的 api-lab 终端运行下面命令，保留这个窗口。若 8000 被占用，按 Ctrl+C 后在命令末尾加 --port 8001 重试，并把后续地址中的 8000 都换成 8001。",
"lang": "bash",
"code": "python -m uvicorn main:app --reload",
"expected": "终端出现 Uvicorn running on http://127.0.0.1:8000 和 Application startup complete，随后一直等待。若出现 Could not import module，先检查当前目录和 main.py 的拼写。",
"explanation": "main:app 指从 main.py 取出 app；127.0.0.1 指本机，8000 是这次接收请求的端口。终端一直等待的是服务进程，它不会像普通脚本那样执行一次就结束。--reload 让它在保存代码后重新加载，适合本机开发。"
},
{
"title": "在浏览器里收到第一条结果",
"lang": "text",
"code": "http://127.0.0.1:8000/health\n\n预期页面内容：{\"status\":\"ok\"}",
"body": "在浏览器地址栏输入下方第一行地址并回车。下方“预期页面内容”仅用于对照，不是要输入的命令。保留终端，刷新页面一次，查看终端是否多出访问记录。",
"expected": "浏览器显示 {\"status\":\"ok\"}（空格与排版可能不同），终端出现 GET /health 200。直接访问没有 /health 的根地址会得到 404，并不表示服务没启动。",
"explanation": "浏览器访问地址发送了一次 GET 请求；/health 选中了我们刚写的函数。200 是服务对此次请求给出的成功状态；字典转换后的 {\"status\":\"ok\"} 是响应内容。404 则表示程序没有为该地址注册处理函数。"
},
{
"title": "用文档页面发送同一请求",
"lang": "text",
"code": "http://127.0.0.1:8000/docs\n\nGET /health → Try it out → Execute",
"body": "在浏览器打开下面的 /docs 地址，展开 GET /health，依次点击 Try it out 和 Execute。向下找到 Server response，比较 Code 与 Response body；这里不需要填写任何商品字段。",
"expected": "Code 为 200，Response body 仍为 {\"status\":\"ok\"}。每点击一次 Execute，终端都会出现新的请求记录。",
"explanation": "/docs 是 FastAPI 根据路由生成的交互文档，Execute 会真实发送请求。浏览器地址栏和这个按钮是两种客户端入口，最终调用的是同一个 health 函数。"
},
{
"title": "修改一处返回值，看到服务更新",
"lang": "text",
"code": "修改前：return {\"status\": \"ok\"}\n观察时：return {\"status\": \"ready\"}\n完成后：return {\"status\": \"ok\"}",
"body": "仅把 main.py 中 return 字典里的 ok 改为 ready 并保存，等终端完成重载后刷新 /health。看到变化后改回 ok 再刷新。最后按 Ctrl+C 停止服务，再执行上一条启动命令，为下一课保留运行状态。",
"expected": "页面先显示 ready，恢复后显示 ok。Ctrl+C 后刷新可能连接失败；重新启动后又能收到 ok。",
"explanation": "我们刚看到 --reload 在文件保存后重启应用；因此不需要每次手工重启。服务停止后浏览器无法获得响应，说明结果来自正在运行的程序，而不是仅仅因为磁盘上有 main.py。"
}
],
"checks": [
"终端的 sys.executable 路径包含 api-lab/.venv。",
"GET /health 返回 200 和 {\"status\":\"ok\"}；访问未定义的 / 返回 404，这不表示服务未启动。",
"/docs 中出现 GET /health，点击 Execute 后能看到真实响应。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "ModuleNotFoundError: No module named 'fastapi'",
"cause": "安装依赖和启动服务使用了不同解释器。",
"fix": "激活 .venv，检查 sys.executable，再执行 python -m pip install -r requirements.txt。"
},
{
"symptom": "Could not import module 'main'",
"cause": "当前目录没有 main.py，或者文件中存在语法错误。",
"fix": "切换到 api-lab 根目录，确认文件名为 main.py，阅读终端中最早出现的 Python 错误。"
},
{
"symptom": "PowerShell 阻止 Activate.ps1 运行",
"cause": "当前执行策略限制脚本运行。",
"fix": "无需修改全局策略，可直接使用 .\\.venv\\Scripts\\python.exe -m pip install -r requirements.txt，以及 .\\.venv\\Scripts\\python.exe -m uvicorn main:app --reload。"
}
],
"exercise": {
"task": "添加 GET /version，返回 {\"service\":\"api-lab\",\"version\":\"0.1.0\"}，并在 /docs 中执行一次。",
"hint": "保留已有 app，在另一个函数上方注册新的 GET 路由。",
"answer": "在 main.py 末尾添加：\n@app.get('/version')\ndef version():\n return {'service': 'api-lab', 'version': '0.1.0'}\n\n保存后访问 /version，应返回 200；刷新 /docs 后应同时看到 /health 与 /version。"
},
"refs": [
{
"label": "Python：venv",
"url": "https://docs.python.org/3/library/venv.html"
},
{
"label": "FastAPI：First Steps",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/first-steps/"
},
{
"label": "FastAPI：手动运行服务器",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/deployment/manually/"
}
],
"intro": {
"scenario": "我们要逐步做一个只管理陶瓷杯、帆布袋的小商品目录。这一课先不录入商品，只做一个能回答“服务现在能回应吗”的地址；浏览器能看到 ok，后面的商品操作就有了入口。后续只涉及商品名称、描述、整数价格分、上架状态与简单分类，不加入订单、支付或库存扣减。",
"startingPoint": [
"会用编辑器创建并保存文本文件，会读简单的 Python 函数和字典；不需要先学过网站开发。",
"电脑已安装 Python 3.11 或更新版本，并准备好一个代码编辑器。若第 1 步提示找不到命令，先完成 Python 安装再继续。",
"选一个你有写入权限的练习位置，例如“文档”。从零跟做时创建新的 api-lab 文件夹；若使用下载的完整示例，请另建一个练习文件夹，避免把完整项目与本课逐步代码混写。"
],
"outcome": "从空文件夹开始，在浏览器看到 {\"status\":\"ok\"}，修改文件后还能看到结果随之变化。"
}
},
{
"id": "02",
"group": "起步与 HTTP",
"title": "读懂一次 HTTP 请求与响应",
"summary": "发送包含陶瓷杯信息的请求，收到原样返回的数据，并能指出状态码和商品数据分别在哪里。",
"demo": "http",
"objectives": [
"对照一次 /health 访问找到请求地址与返回内容",
"把商品信息保存成 JSON 文件并从终端发送",
"修改商品名称再次发送，确认服务收到了新值"
],
"concepts": [
{
"title": "一次往返要分方向阅读",
"body": "第 3、4 步修改文件后，received 随之变化，证明请求体先传到服务器，再作为响应的一部分返回。方法、路径和头部告诉服务如何处理，JSON 则承载商品字段。"
},
{
"title": "格式说明与字段内容分开",
"body": "第 3 步同时发送 Content-Type: application/json 和文件内容：头部声明格式，文件提供实际数据。Accept 只是客户端偏好，不会自动改变接口实现。"
},
{
"title": "200 不等于商品已入库",
"body": "本课第 4 步得到 200 但没有 id，函数也没有保存代码。状态码说明本接口操作是否成功，是否真正创建商品还要看接口约定和后续读取结果。"
}
],
"steps": [
{
"title": "观察最小 GET 请求",
"body": "在浏览器打开 /docs，展开 GET /health 并点击 Try it out → Execute。把下方协议展示与 Server response 对照；该代码块是请求和响应的阅读示意，不要粘贴到终端。",
"lang": "http",
"code": "GET /health HTTP/1.1\nHost: 127.0.0.1:8000\nAccept: application/json\n\nHTTP/1.1 200 OK\nContent-Type: application/json\n\n{\"status\":\"ok\"}",
"expected": "/docs 的 Code 是 200，Response body 是 {\"status\":\"ok\"}；展示中的 GET /health 对应这次访问，空行后的 JSON 对应返回内容。",
"explanation": "GET 是请求方法，/health 是路径，Host 指访问的主机和端口。头部与内容之间用空行分开；这个 GET 没有携带请求体，仍然可以收到响应体。"
},
{
"title": "添加临时的 POST 回显接口",
"body": "把下面完整代码追加到 api-lab/main.py 末尾，保存并等待重载。本课只写这一份 POST /products，稍后第 03 课会将它替换。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "from fastapi import Request\n\n@app.post(\"/products\")\nasync def inspect_product(request: Request):\n data = await request.json()\n return {\"received\": data}",
"expected": "刷新 /docs 后出现 POST /products；这时 GET /health 仍可返回 ok。若导入失败，检查 Request 导入和函数缩进。",
"explanation": "Request 让函数拿到原始请求；await request.json() 读取并解码发送来的 JSON，received 包住这份数据再返回。async / await 先按示例使用，第 09 课会用计时实验解释等待；这个函数没有任何保存动作。"
},
{
"title": "准备 JSON 文件并发送 POST",
"body": "在 api-lab/product.json 保存下方内容，使用 UTF-8。macOS / Linux 在第二个终端执行 curl -i -X POST http://127.0.0.1:8000/products -H \"Content-Type: application/json\" --data-binary @product.json；Windows PowerShell 使用 curl.exe -i -X POST http://127.0.0.1:8000/products -H \"Content-Type: application/json\" --data-binary \"@product.json\"。文件内容不是终端命令。",
"filename": "product.json",
"lang": "json",
"code": "{\n \"name\": \"ceramic mug\",\n \"description\": \"learn HTTP\",\n \"is_active\": false, \"price_cents\": 0\n}",
"expected": "终端显示 HTTP 200，并在 received 中看到 ceramic mug、learn HTTP、false 和 0；如果提示打不开文件，先确认第二个终端位于 api-lab。",
"explanation": "-X POST 选择发送方式，--data-binary 从文件读取请求体；Content-Type 告诉服务按 JSON 理解这些字节，-i 让你同时看到响应头。JSON 的键与字符串用双引号，false 用小写；价格 0 分表示免费教学样品。"
},
{
"title": "对照原始请求与服务器结果",
"body": "把 product.json 的 name 改为 canvas bag 并保存，再执行刚才的 curl 命令。对照下方协议示意找到请求体和 received；在浏览器 F12 → Network 中也可以查看刚执行的 /health 请求。",
"lang": "http",
"code": "POST /products HTTP/1.1\nHost: 127.0.0.1:8000\nContent-Type: application/json\n\n{\"name\":\"ceramic mug\",\"description\":\"learn HTTP\",\"is_active\":false, \"price_cents\": 0}\n\nHTTP/1.1 200 OK\nContent-Type: application/json\n\n{\"received\":{\"name\":\"ceramic mug\",\"description\":\"learn HTTP\",\"is_active\":false, \"price_cents\": 0}}",
"expected": "第二次响应中 name 变成 canvas bag。HTTP 状态仍为 200；它只确认回显完成，并没有生成商品 id 或证明商品已保存。",
"explanation": "请求体是发给服务的数据，响应体是服务返回的数据，长得相似也不是同一方向。Content-Type 描述实际格式，Accept 表达希望收到的格式；200 等状态属于 HTTP，不能靠在 JSON 里写一个 code 字段替代。"
}
],
"checks": [
"能说明查询参数属于 URL，请求体位于请求头之后，两者不是同一块数据。",
"命令行 POST 返回 200，并在 received 中保留 product.json 的四个字段。",
"浏览器直接打开 /products 会发出 GET；当前只注册了 POST，因此应返回 405 Method Not Allowed。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "PowerShell 提示无法识别 -H 参数",
"cause": "使用了旧版 PowerShell 的 curl 别名。",
"fix": "明确执行 curl.exe；或者在 /docs 中操作。"
},
{
"symptom": "请求体解析失败",
"cause": "把 Python 字典写法当成 JSON，例如使用单引号或 False。",
"fix": "使用 product.json 文件，字符串和字段名用双引号，布尔值写 true / false。"
},
{
"symptom": "浏览器地址栏打不开 POST 接口",
"cause": "地址栏导航通常发送 GET，没有发送预期的 POST 和 JSON 请求体。",
"fix": "使用 curl、/docs 或能够配置 HTTP 方法的客户端。"
}
],
"exercise": {
"task": "把请求体的 name 改成 second product，再发送一次。记录响应的 HTTP 状态码、Content-Type 和 received.name；最后说明 Accept 和 Content-Type 的区别。",
"hint": "使用 -i 查看响应头，不要只看最后一行 JSON。",
"answer": "状态码为 200；响应 Content-Type 为 application/json；received.name 为 second product。请求 Content-Type 描述这次发送的数据格式，Accept 描述客户端希望接收的格式。"
},
"refs": [
{
"label": "RFC 9110：HTTP 消息与内容语义",
"url": "https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc9110.html#section-6"
},
{
"label": "RFC 8259：JSON 语法",
"url": "https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc8259"
},
{
"label": "FastAPI：直接使用 Request",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/advanced/using-request-directly/"
}
],
"intro": {
"scenario": "接下来要把“陶瓷杯”从电脑发给服务。先做一个原样回信的接口，看到名称确实往返一次，再学习保存商品。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 01 课，在 api-lab 中能启动 main.py；浏览器 /health 显示 ok。",
"继续使用同一 .venv 和 8000 端口；保留服务终端，另开一个已进入 api-lab 的终端发请求。",
"本课会新建 product.json；POST 回显只用于看数据，不会把商品保存到列表。"
],
"outcome": "发送包含陶瓷杯信息的请求，收到原样返回的数据，并能指出状态码和商品数据分别在哪里。"
}
},
{
"id": "03",
"group": "起步与 HTTP",
"title": "从路径、查询参数和 JSON 中接收数据",
"summary": "让服务接收商品编号、列表条件和商品 JSON，看到默认字段被补齐，并用错误位置找出填错的项。",
"objectives": [
"分别通过地址、问号后的条件和 JSON 发送输入",
"只填写商品名称，观察其余字段的默认值",
"输入错误编号、超界数量和缺失名称，读出具体错误位置"
],
"concepts": [
{
"title": "三种位置，各有明确用途",
"body": "本课分别用 /products/12 指定编号，用 ?limit=5 控制读取条件，用 POST 的 JSON 描述商品。路径决定找谁，查询条件决定怎么读，请求体承载要提交的字段。"
},
{
"title": "声明规则后，先检查再执行",
"body": "abc 和 limit=0 都在第 2、3 步被拒绝，函数不需要重复手写转换和范围判断。422 的 loc 标识实际失败位置，是比猜错误原因更直接的线索。"
},
{
"title": "可省略、可为 null、取默认值是不同约定",
"body": "第 4 步省略描述后得到空串，省略价格后得到 0。is_active 查询条件省略时为 None；str | None 允许 null，但能否省略还取决于是否提供默认值。"
}
],
"steps": [
{
"title": "声明创建商品的输入模型",
"body": "在 api-lab/main.py 中，先删除第 02 课 inspect_product 函数及它上方的 @app.post 装饰器。把下面模型放在 app 创建之后、各路由函数之前；POST 会在第 4 步重新添加。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "from pydantic import BaseModel, Field\n\nclass ProductCreate(BaseModel):\n name: str\n description: str = Field(default=\"\", max_length=16000)\n is_active: bool = False\n price_cents: int = Field(default=0, ge=0, le=2147483647, strict=True)",
"expected": "文件保存后可正常重载，/health 可访问；此时 /docs 暂时没有 POST /products 是正常的，因为我们先准备它的输入说明。",
"explanation": "ProductCreate 是一个输入模型：它集中说明一个商品 JSON 应有哪些字段。name 后没有默认值，所以必须提供；description、is_active、price_cents 有默认值。价格是整数分，1990 表示 19.90 元，strict=True 使价格不接受小数、字符串或布尔值。"
},
{
"title": "添加路径参数",
"body": "在 main.py 末尾追加下方 GET 路由，保存后在浏览器分别打开 /products/12 和 /products/abc。这里返回解析结果，暂不查找真实商品。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "@app.get(\"/products/{product_id}\")\ndef inspect_product_id(product_id: int):\n return {\"product_id\": product_id}",
"expected": "/products/12 返回 {\"product_id\":12}；/products/abc 返回 422，detail 中 loc 包含 path 和 product_id。",
"explanation": "{product_id} 是路径中预留的位置；函数参数 product_id: int 要求该位置能转为整数。abc 无法满足要求，框架在进入函数前就拒绝请求，这就是类型声明参与实际检查。"
},
{
"title": "添加查询参数和范围",
"body": "继续追加下方 GET /products 路由。依次访问 /products、/products?limit=5&is_active=false、/products?limit=0，记录三个响应。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "from typing import Annotated\nfrom fastapi import Query\n\n@app.get(\"/products\")\ndef inspect_filters(\n limit: Annotated[int, Query(ge=1, le=100)] = 10,\n is_active: bool | None = None,\n):\n return {\"limit\": limit, \"is_active\": is_active}",
"expected": "不写条件时返回 limit=10、is_active=null；第二次为 5 和 false；第三次返回 422，错误位置为 query 中的 limit。",
"explanation": "问号后的 key=value 是查询参数，多个条件用 & 连接。Annotated 将类型和 Query 范围写在一起；ge=1、le=100 限制上下界。None 表示没有给上架筛选条件，false 表示明确查下架商品，两者不能混用。"
},
{
"title": "用类型模型替换原始请求体",
"body": "在 main.py 中添加下方新的 POST /products，确保没有残留第二个同方法路由。刷新 /docs，在它的请求体框中只填 {\"name\":\"ceramic mug\"} 并 Execute。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "@app.post(\"/products\")\ndef inspect_product_body(product: ProductCreate):\n return product.model_dump()",
"expected": "响应中除 name 外还出现 description=\"\"、is_active=false、price_cents=0；仍没有 id，且不会加入任何商品列表。",
"explanation": "product: ProductCreate 把刚才的字段规则接到了接口上，输入被解析后才交给函数。model_dump() 再把模型变回普通 Python 字典，因此你看到了已经补齐的默认值。"
},
{
"title": "建立有效值和无效值对照",
"body": "在 /docs 按下方请求清单执行四次，GET 的参数填写在相应框中，POST 的 {} 填到请求体框；清单是操作对照，不是 Shell 脚本。将状态和 loc 记到自己的笔记中。",
"lang": "http",
"code": "GET /products/12\n# 200: {\"product_id\":12}\n\nGET /products?limit=5&is_active=false\n# 200: {\"limit\":5,\"is_active\":false}\n\nGET /products?limit=0\n# 422，错误位置包含 [\"query\",\"limit\"]\n\nPOST /products\nContent-Type: application/json\n\n{}\n# 422，错误位置包含 [\"body\",\"name\"]",
"expected": "前两次返回 200，limit=0 和空商品对象返回 422；错误分别指向 query.limit 与 body.name，和路径填 abc 的 path.product_id 可以区分。",
"explanation": "相同的 422 可以来自不同输入位置，loc 帮你知道该改地址、查询条件还是 JSON。我们现在只检查了类型、默认值和数值范围；名称长度与多余字段下一课再逐项收紧。"
}
],
"checks": [
"GET /products/12 返回数字 12，/products/abc 返回 422。",
"GET /products 返回 {\"limit\":10,\"is_active\":null}；?is_active=false 返回 false。",
"POST /products 只传 name 时补齐 description、is_active 和 price_cents；缺少 name 或价格为负数、小数时返回 422。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "把 product_id 放进查询字符串，得到列表而不是单件商品",
"cause": "GET /products?product_id=12 匹配的是 GET /products。本课列表路由没有声明 product_id，FastAPI 默认忽略这个额外查询参数，因此返回 200 和列表；它不会匹配 /products/{product_id}。",
"fix": "读取单件商品时改为 GET /products/12。先检查方法和路径，再检查查询参数；只有确实没有匹配路由或资源不存在时才会得到相应的 404。"
},
{
"symptom": "写了 name: str | None 后，省略 name 仍然报错",
"cause": "允许 null 和允许省略是两个条件。",
"fix": "如果业务允许省略，显式写默认值 = None；本例 name 应保持必填字符串。"
},
{
"symptom": "修改 POST /products 后响应还像上一课",
"cause": "旧路由没有移除，重复注册了相同方法和路径。",
"fix": "搜索 @app.post('/products')，只保留当前一个定义，保存并确认服务完成重载。"
}
],
"exercise": {
"task": "为 GET /products 添加 offset 查询参数，默认 0，只允许非负整数，并把解析结果加进响应。验证 offset=3 与 offset=-1。",
"hint": "参考 limit 的 Annotated[int, Query(...)]，使用 ge=0。",
"answer": "在函数参数中加入 offset: Annotated[int, Query(ge=0)] = 0，并在返回字典中加入 'offset': offset。?offset=3 返回 200 且 offset 为 3；?offset=-1 返回 422，loc 包含 query、offset。"
},
"refs": [
{
"label": "FastAPI：路径参数",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/path-params/"
},
{
"label": "FastAPI：查询参数",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/query-params/"
},
{
"label": "FastAPI：请求体",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/body/"
}
],
"intro": {
"scenario": "陶瓷杯的数据已经能往返，但服务还没有区分“商品编号”“最多看几条”“商品名称”。现在让三类输入各自进入合适的位置，并试试填错时会怎样。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 02 课，api-lab/main.py 中有 /health 和临时 POST /products；product.json 可用于回显。",
"继续使用已激活的 .venv 和 /docs；本课会删除临时 POST 函数并换成新函数，其余课程尚未要求保存商品。"
],
"outcome": "让服务接收商品编号、列表条件和商品 JSON，看到默认字段被补齐，并用错误位置找出填错的项。"
}
},
{
"id": "04",
"group": "起步与 HTTP",
"title": "用 Pydantic 定义输入和输出契约",
"summary": "让空名称和拼错字段被明确拒绝，让商品响应只包含五个公开字段，并区分输入错误与服务端输出错误。",
"objectives": [
"给商品名称加长度规则并拒绝陌生字段",
"规定返回给调用方的五个商品字段",
"分别制造输入与输出错误，修复后用 /docs 核对约定"
],
"concepts": [
{
"title": "输入规则来自具体失败样例",
"body": "空名称触发 Field，is_actve 触发 extra=\"forbid\"，价格保持非负整数分。第 1 步的对照证明这些规则确实执行，而不只是写在文档里。"
},
{
"title": "输出有单独的公开边界",
"body": "第 3 步内部字典有 internal_source，但响应没有；ProductOut 负责规定公开字段及其类型。输入不能自行指定 id，输出却必须有 id。"
},
{
"title": "422 与 500 指向不同修改者",
"body": "第 4 步同样是字段问题：调用方漏或错输入得到 422，服务器漏输出 id 得到 500。修复后再用正常请求验收，不能只看错误实验报错就结束。"
}
],
"steps": [
{
"title": "收紧 ProductCreate 的输入规则",
"body": "在 api-lab/main.py 中用下面完整定义替换旧 ProductCreate，保留其余路由。保存后在 /docs 分别发送 {\"name\":\"\"} 和 {\"name\":\"cup\",\"is_actve\":true}。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "from pydantic import BaseModel, ConfigDict, Field\n\nclass ProductCreate(BaseModel):\n model_config = ConfigDict(extra=\"forbid\")\n\n name: str = Field(min_length=1, max_length=120)\n description: str = Field(default=\"\", max_length=16000)\n is_active: bool = False\n price_cents: int = Field(default=0, ge=0, le=2147483647, strict=True)",
"expected": "两次都返回 422：第一次指出 name 太短，第二次指出 is_actve 是多余字段；正常名称仍可以通过。",
"explanation": "Field 把长度要求写在字段旁；ConfigDict(extra=\"forbid\") 拒绝没有声明的键，使拼写错误不再被静默忽略。价格的严格整数要求只约束 price_cents，不会把其他字段自动变成严格模式。"
},
{
"title": "增加响应模型",
"body": "在 ProductCreate 后、各路由前添加 ProductOut。逐行对照输入模型，先找出多出来的 id；此步骤只定义返回格式，还没有接到接口。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "class ProductOut(BaseModel):\n id: int\n name: str\n description: str = Field(max_length=16000)\n is_active: bool\n price_cents: int = Field(ge=0, le=2147483647, strict=True)",
"expected": "文件可重载；POST 暂时仍按上一课返回，因为 response_model 要到下一步才启用。ProductOut 明确列出 id 与四个可写字段。",
"explanation": "输入模型描述调用方填写的商品内容，输出模型还包含服务生成的编号。两份模型分别声明，避免把禁止额外输入的设置错误地带到下面的输出过滤实验。"
},
{
"title": "用 response_model 约束 POST 响应",
"body": "用下方装饰器和函数替换原 POST /products，在 /docs 发送 {\"name\":\"ceramic mug\"}。将函数返回字典与实际响应逐字段比较。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "@app.post(\"/products\", response_model=ProductOut)\ndef inspect_product_body(product: ProductCreate):\n return {\n \"id\": 1,\n **product.model_dump(),\n \"internal_source\": \"validation-lesson\",\n }",
"expected": "收到 id=1、name、description、is_active、price_cents；代码中的 internal_source 没有出现在 HTTP 响应中。",
"explanation": "response_model=ProductOut 对返回字典先检查再筛选，只保留约定字段。id=1 是本课为了观察格式写出的固定值，还不是持久保存后的商品编号。"
},
{
"title": "分别制造输入与输出错误",
"body": "先在 /docs 发送下方空名称对象。随后临时删除 POST 返回字典中的 \"id\": 1，保存并用正常名称发请求，同时看服务终端。观察后立即恢复 id 并再次发正常请求。",
"lang": "json",
"code": "{\n \"name\": \"\",\n \"description\": \"name must not be empty\",\n \"is_active\": false, \"price_cents\": 0\n}",
"expected": "空名称得到 422 且 loc 指向 body.name；缺 id 时正常请求得到 500，终端有响应校验异常；恢复 id 后重新得到 200。",
"explanation": "422 表示调用方提供的内容不合约定；本次 500 表示我们自己的返回代码漏字段，需要修服务器。把输出错误一律写成 422 会让调用方反复修改本来正确的商品内容。"
},
{
"title": "检查文档中的契约",
"body": "刷新 /docs，在页面底部 Schemas 和 POST /products 的响应说明中展开 ProductCreate、ProductOut，查看 name 的长度与 id 要求。发送 {\"name\":\"schema check\"}，把下方示例作为字段对照保存。",
"lang": "json",
"code": "{\n \"id\": 1,\n \"name\": \"schema check\",\n \"description\": \"\",\n \"is_active\": false, \"price_cents\": 0\n}",
"expected": "响应恰好包含示例中的五个字段；名称规则和输出 id 也在文档中可见。若仍为 500，先确认上一步已恢复 id。",
"explanation": "同一份模型同时参与执行时检查和文档生成，所以规则修改会体现在两处。长度检查还不能判断名称是否有实际意义，例如单个空格；更细的业务规则需要另行明确。"
}
],
"checks": [
"空 name 或额外 is_actve 字段均返回 422。",
"正常创建演示返回 id、name、description、is_active、price_cents 五个字段，不包含 internal_source。",
"故意漏掉输出 id 时出现 500；恢复后为 200，当前尚未设置创建成功的 201。",
"price_cents=1990 原样返回整数；-1、1.5、\"1990\"、true 和超过 2147483647 的值均返回 422。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "空格名称通过了 min_length=1",
"cause": "空格也是字符串字符，长度校验不执行去空格。",
"fix": "根据业务要求加入 strip_whitespace 或字段校验器，去空格后再检查是否为空。"
},
{
"symptom": "response_model 没有过滤某个自定义响应",
"cause": "直接返回 JSONResponse 等 Response 对象时，框架不会按普通返回值继续执行响应模型转换。",
"fix": "本节返回字典或模型对象，让 FastAPI 使用 response_model 处理。"
},
{
"symptom": "把模型直接拼到字典时提示类型不匹配",
"cause": "Pydantic 模型对象不等于普通字典。",
"fix": "需要字典时调用 product.model_dump()；不要使用旧教材中的 .dict() 作为本模块标准写法。"
}
],
"exercise": {
"task": "拒绝只有空白的名称，并将 ' ceramic mug ' 保存为 'ceramic mug'。保持 120 字符上限。",
"hint": "为 name 添加 mode='before' 的 field_validator，先去除字符串两端空白，再交给 Field 长度校验。",
"answer": "从 pydantic 导入 field_validator，在 ProductCreate 内添加：\n@field_validator('name', mode='before')\n@classmethod\ndef strip_name(cls, value):\n return value.strip() if isinstance(value, str) else value\n\n只含空格会变为空字符串并返回 422；' ceramic mug ' 经解析后为 'ceramic mug'。"
},
"refs": [
{
"label": "Pydantic：Field 与字段约束",
"url": "https://docs.pydantic.dev/latest/concepts/fields/"
},
{
"label": "Pydantic：验证器",
"url": "https://docs.pydantic.dev/latest/concepts/validators/"
},
{
"label": "FastAPI：响应模型",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/response-model/"
}
],
"intro": {
"scenario": "目前空名称和拼错的商品字段还可能被接受，内部调试字段也可能混进返回结果。我们用几次故意填错的请求，逐步确定“允许送什么、应该收到什么”。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 03 课，main.py 中 ProductCreate 和三种输入练习路由可运行。",
"在 /docs 只提交 {\"name\":\"ceramic mug\"}，先确认能收到默认描述、上架状态和价格；本课仍使用演示 id，不保存商品。"
],
"outcome": "让空名称和拼错字段被明确拒绝，让商品响应只包含五个公开字段，并区分输入错误与服务端输出错误。"
}
},
{
"id": "05",
"group": "REST 接口",
"title": "设计商品资源与 HTTP 行为",
"summary": "写出五种商品操作的请求清单，区分不存在的地址和不支持的方法，并准备完整替换所需的四个字段。",
"objectives": [
"为列表、单件商品、创建、替换、删除各写一个请求",
"用实际请求比较 404 与 405",
"验证完整替换必须同时填写四个可写字段"
],
"concepts": [
{
"title": "方法与地址共同表达操作",
"body": "第 1 步同一个集合地址对应 GET 和 POST，第 2 步同一路径换方法得到 405。只看 URL 无法确定完整接口。"
},
{
"title": "完整替换用明确必填字段",
"body": "第 3 步少填三项时模型拒绝请求；这与创建模型补默认值的行为不同。本课程 PUT 替换四个可写字段，PATCH 式局部修改不在本课范围内。"
},
{
"title": "重复操作要看最终状态",
"body": "第 4 步设计的两次 PUT 应留下同一内容，两次 DELETE 都留下“不存在”。成功读取与更新用 200，创建用 201，空体删除用 204，错误仍用相应的 4xx 状态。"
}
],
"steps": [
{
"title": "写下接口清单",
"body": "在 api-lab 新建 products-contract.http，记录下方目标清单。先为每行口头补出“操作哪个商品、提供哪些字段、如何确认结果”；这份清单供第 06 课逐项实现，现在不要期待未实现的 PUT 和 DELETE 成功。",
"filename": "products-contract.http",
"lang": "http",
"code": "GET /products # 查询集合，200，响应为数组\nPOST /products # 创建，201，响应包含新 id\nGET /products/{product_id} # 查询单条，200 或 404\nPUT /products/{product_id} # 完整替换，200 或 404\nDELETE /products/{product_id} # 删除，204 或 404",
"expected": "清单有五行，集合地址与带 product_id 的单件地址清楚分开；POST 目标是 201，DELETE 目标是 204，和当前回显阶段有所不同。",
"explanation": "方法与路径一起确定操作：同一个 /products 可以分别用于 GET 列表和 POST 创建。把输入与成功状态一并写下，形成双方都能验收的接口约定，也常称为接口契约。"
},
{
"title": "用已有服务区分 404 与 405",
"body": "在第二个终端执行下方三条 curl 命令；Windows PowerShell 把 curl 写成 curl.exe。先记状态码，再在第二次响应里找 Allow。",
"lang": "bash",
"code": "curl -i http://127.0.0.1:8000/health\ncurl -i -X POST http://127.0.0.1:8000/health\ncurl -i http://127.0.0.1:8000/missing-path",
"expected": "三次依次得到 200、405、404；405 响应有 Allow 头，说明 /health 支持哪些方法。",
"explanation": "404 表示地址没找到，405 表示地址存在但请求方式不支持。两次失败都发生在商品字段检查之外；JSON 里返回一个数字字段不能代替真正的 HTTP 状态。"
},
{
"title": "为完整替换定义独立输入",
"body": "在 main.py 模型区追加 ProductReplace 并保存。另开终端进入 api-lab、激活 .venv，执行 python 进入 Python 提示符；依次输入代码注释中的 from main import ProductReplace 和两次 ProductReplace(...) 调用，不复制开头的 #。最后 exit() 退出。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "class ProductReplace(BaseModel):\n model_config = ConfigDict(extra=\"forbid\")\n\n name: str = Field(min_length=1, max_length=120)\n description: str = Field(max_length=16000)\n is_active: bool\n price_cents: int = Field(ge=0, le=2147483647, strict=True)\n\n# 在独立 Python 终端中测试：\n# from main import ProductReplace\n# ProductReplace(name=\"updated\", description=\"\", is_active=False, price_cents=0) # 通过\n# ProductReplace(name=\"updated\") # ValidationError：缺少三项",
"expected": "填写四个字段时得到一个模型对象；只填 name 时出现 ValidationError，指出缺少 description、is_active、price_cents。此时尚无 PUT 路由。",
"explanation": "创建时可以使用默认值，而完整替换必须说明所有可写字段的新值。ProductReplace 不给这四项默认值，避免省略描述时被误认为保留旧描述；id 仍来自路径并保持不变。"
},
{
"title": "准备替换与删除的验收请求",
"body": "把下面完整 JSON 保存为 api-lab/replace.json。另写验收顺序：创建并记录返回 id → 同样 PUT 两次 → 同样 DELETE 两次。实际执行留到下一课，届时将路径编号换成真实返回值。",
"filename": "replace.json",
"lang": "json",
"code": "{\n \"name\": \"updated ceramic mug\",\n \"description\": \"replace all editable fields\",\n \"is_active\": true, \"price_cents\": 0\n}",
"expected": "replace.json 包含 name、description、is_active、price_cents 四项；验收笔记说明重复 PUT 内容应一致，第二次 DELETE 的目标仍应不存在。",
"explanation": "这就是幂等的关注点：重复操作后的目标状态相同，不要求响应完全一样。删除可以先返回 204 后返回 404；204 没有响应体，不能继续按 JSON 解析。重复 POST 则可能多建商品。"
}
],
"checks": [
"GET /health 是 200；POST /health 是 405；不存在的路径是 404。",
"ProductReplace 的 name、description、is_active、price_cents 四个可写字段都必须提交；空 description、false 和 0 分本身合法。",
"能解释 DELETE 第二次返回 404 仍然满足幂等，以及 204 为什么不能带 {\"ok\":true}。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "PUT 请求只传 name，意外把 description 清空",
"cause": "复用了带默认值的创建模型，未明确全量替换规则。",
"fix": "使用所有可编辑字段均必填的 ProductReplace；如果需要局部更新，应另行设计 PATCH。"
},
{
"symptom": "客户端对成功 DELETE 调用 response.json() 后报错",
"cause": "204 响应没有响应体。",
"fix": "先判断状态码；遇到 204 直接按成功处理，不执行 JSON 解码。"
},
{
"symptom": "网络超时后重复 POST，出现两件商品",
"cause": "客户端没收到响应，并不等于服务器没创建资源。",
"fix": "本地实验先查询列表核对；生产创建接口需根据业务设计幂等键等重复提交控制，不能直接假定 POST 可安全重试。"
}
],
"exercise": {
"task": "评审三个接口：GET /delete-product?id=1、PUT /products/1 只接收 is_active、DELETE /products/1 返回 200 和 {\"deleted\":true}。给出本课程约定下的修改方案，并说明第三种设计是否违反 HTTP。",
"hint": "分清 HTTP 协议允许的行为与课程选择的统一接口约定。",
"answer": "第一种改为 DELETE /products/1，GET 不用于用户请求的数据删除。第二种若只做局部修改应定义 PATCH，或者要求 PUT 传齐 name/description/is_active。第三种返回 200 和结果体在 HTTP 中可以成立；本课程统一选择 204 空体，因此需同时调整状态码和响应内容。"
},
"refs": [
{
"label": "RFC 9110：请求方法",
"url": "https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc9110.html#section-9"
},
{
"label": "RFC 9110：204 No Content",
"url": "https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc9110.html#section-15.3.5"
},
{
"label": "FastAPI：更新请求体",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/body-updates/"
}
],
"intro": {
"scenario": "商品信息已经能检查了，但“创建一件商品”和“修改已有商品”还没有明确区别。先把查看、创建、替换、删除的操作约定写清，再进入真正保存数据的实现。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 04 课，main.py 中有 ProductCreate、ProductOut，正常 POST 仍回传演示 id=1。",
"api-lab 的服务正在运行，GET /health 为 200；本课准备请求文件，不把回显当成已经保存的商品。"
],
"outcome": "写出五种商品操作的请求清单，区分不存在的地址和不支持的方法，并准备完整替换所需的四个字段。"
}
},
{
"id": "06",
"group": "REST 接口",
"title": "完成内存版商品 CRUD",
"summary": "在同一次服务运行中完成商品创建、查询、完整替换和删除，并从实际响应追踪同一个商品编号。",
"objectives": [
"用同一份共享字典保存请求之间的商品数据",
"实现五项商品操作及对应状态码",
"按返回 id 验证修改和删除结果，并观察重启后数据的边界"
],
"concepts": [
{
"title": "共享状态让操作串成完整过程",
"body": "第 5 步创建后能再次查询、更新后能读取新值，是 products 字典跨请求存在的结果。它只属于当前进程，重载和多进程都不等于共享持久存储。"
},
{
"title": "编号独立于当前商品数量",
"body": "第 5 步删除后再次创建得到更大的编号。next_id 递增且不回退，客户端始终使用创建响应中的 id；不能用 len(products)+1 替代。"
},
{
"title": "结果要用下一次请求核实",
"body": "本课创建 201 后用 GET 确认，替换后再读四个字段，删除 204 后再读得到 404。这些后续观察比仅看到一次“成功”更能证明接口行为。"
},
{
"title": "当前内存实现有明确运行条件",
"body": "第 4 步使用单个 Uvicorn 进程，异步路由内部不等待，字典修改在一次执行段中完成。不要在共享状态更新中途随意加入 await；第 09 课会观察等待对执行的影响。"
}
],
"steps": [
{
"title": "重建 main.py 的公共部分",
"body": "用下面完整代码替换 api-lab/main.py，再按后面三个代码步骤逐段追加。不要保留此前回显函数；在第 4 步之前先不启动服务。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "from typing import Annotated\n\nfrom fastapi import FastAPI, HTTPException, Query, Response\nfrom pydantic import BaseModel, ConfigDict, Field\n\napp = FastAPI(title=\"API Lab\")\n\nclass ProductCreate(BaseModel):\n model_config = ConfigDict(extra=\"forbid\")\n name: str = Field(min_length=1, max_length=120)\n description: str = Field(default=\"\", max_length=16000)\n is_active: bool = False\n price_cents: int = Field(default=0, ge=0, le=2147483647, strict=True)\n\nclass ProductReplace(BaseModel):\n model_config = ConfigDict(extra=\"forbid\")\n name: str = Field(min_length=1, max_length=120)\n description: str = Field(max_length=16000)\n is_active: bool\n price_cents: int = Field(ge=0, le=2147483647, strict=True)\n\nclass ProductOut(BaseModel):\n id: int\n name: str\n description: str = Field(max_length=16000)\n is_active: bool\n price_cents: int = Field(ge=0, le=2147483647, strict=True)\n\nproducts: dict[int, dict] = {}\nnext_id = 1\n\n@app.get(\"/health\", tags=[\"system\"])\nasync def health():\n return {\"status\": \"ok\"}",
"expected": "main.py 中有三个模型、空的 products 字典、next_id=1 和 /health。此时尚未写完五个商品操作，文件内容与下方起始代码一致即可。",
"explanation": "products 放在函数外，使下一次请求还能读到上一次写入；键是编号，值是商品字段。next_id 独立计数，避免用商品数量分配编号时因删除而与现存编号冲突。"
},
{
"title": "实现列表与创建",
"body": "把下面两个集合路由追加到 main.py。对照前一课清单检查路径与状态码；等第 4 步全部完成后再发请求。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "@app.get(\"/products\", response_model=list[ProductOut], tags=[\"products\"])\nasync def list_products(\n limit: Annotated[int, Query(ge=1, le=100)] = 10,\n is_active: bool | None = None,\n):\n rows = list(products.values())\n if is_active is not None:\n rows = [row for row in rows if row[\"is_active\"] == is_active]\n return rows[:limit]\n\n@app.post(\"/products\", response_model=ProductOut, status_code=201, tags=[\"products\"])\nasync def create_product(product: ProductCreate, response: Response):\n global next_id\n product_id = next_id\n next_id += 1\n row = {\"id\": product_id, **product.model_dump()}\n products[product_id] = row\n response.headers[\"Location\"] = f\"/products/{product_id}\"\n return row",
"expected": "文件里有 GET /products 与 POST /products，POST 标明 201，保存新商品时既写字典又增加 next_id；不存在第二份同方法的回显路由。",
"explanation": "创建从输入模型取出所有字段，加入新 id 后存入共享字典，Location 头告诉客户端新商品的路径。列表筛选用 is_active is not None，保证 false 也会筛选，不能把 false 当成没传条件。"
},
{
"title": "实现单条读取与全量替换",
"body": "继续在 main.py 追加查找函数、GET 单件和 PUT 路由。留意 PUT 使用 ProductReplace，保留四个必填字段；不要把旧商品字段合并进新字典。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "def require_product(product_id: int) -> dict:\n if product_id not in products:\n raise HTTPException(status_code=404, detail=\"商品不存在\")\n return products[product_id]\n\n@app.get(\"/products/{product_id}\", response_model=ProductOut, tags=[\"products\"])\nasync def get_product(product_id: int):\n return require_product(product_id)\n\n@app.put(\"/products/{product_id}\", response_model=ProductOut, tags=[\"products\"])\nasync def replace_product(product_id: int, product: ProductReplace):\n require_product(product_id)\n row = {\"id\": product_id, **product.model_dump()}\n products[product_id] = row\n return row",
"expected": "单件读取和替换都先调用 require_product；PUT 以路径 id 和完整新字段重新写字典。尚未出现的 DELETE 下一步添加。",
"explanation": "require_product 将“找不到就结束请求”集中到一处；raise HTTPException(404,...) 会中断后续代码。PUT 先检查存在，再整体替换可编辑字段，id 因取自路径而保持不变。"
},
{
"title": "实现无响应体的删除",
"body": "追加下方 DELETE 路由后保存。在 api-lab 终端运行 python -m uvicorn main:app --reload，等待 startup complete，再打开 /docs。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "@app.delete(\"/products/{product_id}\", status_code=204, tags=[\"products\"])\nasync def delete_product(product_id: int):\n require_product(product_id)\n del products[product_id]\n return Response(status_code=204)",
"expected": "文档出现 /health 加五个商品操作，共六个路由方法。启动若报模型未定义，检查代码是否按前面顺序拼入同一文件。",
"explanation": "删除先查存在再从字典移除；Response(status_code=204) 明确创建没有内容的响应，而不是返回一个会被转成 JSON 的值。本课 async 函数中没有 await，单进程字典修改会在一次执行段内完成。"
},
{
"title": "按顺序完成一轮 CRUD",
"body": "在 /docs 依次执行：GET /products → 用下面 JSON 做 POST → 记下返回 id → GET /products/{id} → PUT 提交 {\"name\":\"updated\",\"description\":\"\",\"is_active\":true,\"price_cents\":2090} → 再 GET → DELETE → 再 GET。期间不要改代码。最后再创建一件，比较新编号。",
"lang": "json",
"code": "{\n \"name\": \"陶瓷杯\",\n \"description\": \"350ml，白色\",\n \"is_active\": false,\n \"price_cents\": 1990\n}",
"expected": "初始列表为 []；创建为 201 且含真实 id；修改后同 id 的价格为 2090、上架为 true、描述为空串；删除为 204 且无内容，再查为 404；新建编号不会因刚才删除而回退。",
"explanation": "这次能在后续 GET 读到修改，才证明同一进程内的保存生效。客户端从创建响应读取 id，不假设永远为 1。价格用分，2090 表示 20.90 元；内存字典仍会因重启清空，持久保存将由数据库模块解决。"
}
],
"checks": [
"空列表返回 200 和 []；创建返回 201，响应含整数 id，Location 指向 /products/{id}。",
"PUT 传齐字段时返回 200，id 保持不变；仅传 name 时返回 422。",
"删除返回 204 且响应体为空；再 GET 或 DELETE 相同 id 均返回 404。",
"创建两条并删除其中一条后，再创建不会覆盖另一条；服务重启后列表重新为空。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "保存代码后刚创建的商品找不到了",
"cause": "--reload 重启了服务进程，内存字典被重新初始化。",
"fix": "完成代码编辑后重新准备数据；验证一轮 CRUD 时不要中途保存服务端文件。"
},
{
"symptom": "筛选 is_active=false 返回全部数据",
"cause": "使用 if is_active 判断是否筛选，False 被当成未提供条件。",
"fix": "使用 if is_active is not None，再比较字段的布尔值。"
},
{
"symptom": "删除一条后，新商品覆盖了旧商品",
"cause": "用 len(products)+1 计算编号导致重复。",
"fix": "独立维护递增 next_id，不因删除回退；本地练习保持单进程运行。"
}
],
"exercise": {
"task": "在列表接口加入 offset>=0，先按 is_active 筛选，再返回 rows[offset:offset+limit]。创建三条商品，第二条和第三条设为 is_active=true，验证 is_active=true&offset=1&limit=1 只返回第三条。",
"hint": "分页应该作用在筛选后的结果上；把切片放在筛选后，limit 和 offset 均添加参数约束。",
"answer": "添加 offset: Annotated[int, Query(ge=0)] = 0；保持 is_active 筛选顺序；把 return rows[:limit] 改为 return rows[offset:offset + limit]。按题目创建顺序，返回数组长度为 1，元素为第三条商品；offset=-1 返回 422。"
},
"refs": [
{
"label": "FastAPI：响应状态码",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/response-status-code/"
},
{
"label": "FastAPI：直接返回 Response",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/advanced/response-directly/"
},
{
"label": "FastAPI：处理错误",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/handling-errors/"
}
],
"intro": {
"scenario": "之前收到的商品只是回显，换一次请求就无处查找。现在真正做一个小目录：添加陶瓷杯、查出来、改价格和上架状态，最后删除它。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 05 课，理解五项操作清单，手边有 replace.json；仍使用 api-lab/.venv。",
"先停止 Uvicorn，将 main.py 另存为 main_before_crud.py 留作对照。接下来按第 1–4 步重建同一个 main.py，完成后再启动。",
"本课只用一个 Uvicorn 服务进程，数据放在内存。请求验收期间不保存代码、不重启；重载会清空商品。"
],
"outcome": "在同一次服务运行中完成商品创建、查询、完整替换和删除，并从实际响应追踪同一个商品编号。"
}
},
{
"id": "07",
"group": "REST 接口",
"title": "返回可定位、格式一致的错误",
"summary": "让找不到商品、输入不合法和方法不支持都返回一致的 error 外层，并保留状态码、字段位置与必要响应头。",
"objectives": [
"从已存在的 404 开始统一错误格式",
"让 422 同时告诉调用方具体哪一项输入有问题",
"用不存在、填错和方法错误三组请求验证变化"
],
"concepts": [
{
"title": "判断失败与输出格式可以分工",
"body": "第 1 步 require_product 负责发现不存在，第 2 步处理器负责生成统一响应。raise 结束当前请求，不需要每个路由重新拼一份错误 JSON。"
},
{
"title": "统一结构仍保留差异",
"body": "验收里 404、405、422 没有变成同一个状态。error 给出固定外层，code 区分错误类别，details.loc 指出路径或字段，Allow 继续说明允许的方法。"
},
{
"title": "输入失败在路由之前发生",
"body": "第 3 步 abc 与缺 name 都由 RequestValidationError 处理；在商品函数内部加 try/except 接不到这类解析失败。"
}
],
"steps": [
{
"title": "确认已有业务错误入口",
"body": "在 main.py 找到下方 require_product，与现有函数对照即可，不要重复添加。先在 /docs 读取一个确认不存在的编号，保存默认错误响应作比较。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "def require_product(product_id: int) -> dict:\n if product_id not in products:\n raise HTTPException(status_code=404, detail=\"商品不存在\")\n return products[product_id]",
"expected": "修改前响应状态是 404，内容通常为 {\"detail\":\"商品不存在\"}，函数中使用的是 raise。",
"explanation": "raise 会立即结束当前处理，把异常交给框架；return 一个异常对象只是返回数据，无法表达同样的中断。我们保留判断位置，只改变出口格式。"
},
{
"title": "统一 HTTP 错误处理",
"body": "把下面导入与异常处理函数加入 main.py，放在 app 创建之后。保存后重发刚才的不存在商品请求。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "from fastapi import Request\nfrom fastapi.responses import JSONResponse\nfrom starlette.exceptions import HTTPException as StarletteHTTPException\n\n@app.exception_handler(StarletteHTTPException)\nasync def handle_http_error(request: Request, exc: StarletteHTTPException):\n return JSONResponse(\n status_code=exc.status_code,\n headers=exc.headers,\n content={\n \"error\": {\n \"code\": \"http_error\",\n \"message\": str(exc.detail),\n \"details\": [],\n }\n },\n )",
"expected": "仍是 404，但响应变为 error 对象，其中 code=http_error、message=商品不存在、details=[]。",
"explanation": "exception_handler 注册应用层的错误出口；使用 StarletteHTTPException 基类还能接住框架产生的 404、405。status_code 和 headers 从原异常保留，格式统一不应破坏 HTTP 含义。"
},
{
"title": "统一 422 并保留字段位置",
"body": "继续添加下方请求校验处理器。保存后在 /docs 对 POST /products 发送 {}，再 GET /products/abc。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "from fastapi.exceptions import RequestValidationError\n\n@app.exception_handler(RequestValidationError)\nasync def handle_validation_error(request: Request, exc: RequestValidationError):\n details = [\n {\n \"loc\": list(error[\"loc\"]),\n \"type\": error[\"type\"],\n \"msg\": error[\"msg\"],\n }\n for error in exc.errors()\n ]\n return JSONResponse(\n status_code=422,\n content={\n \"error\": {\n \"code\": \"validation_error\",\n \"message\": \"请求参数不符合接口要求\",\n \"details\": details,\n }\n },\n )",
"expected": "两次仍是 422，error.code 为 validation_error；details 中分别能看到 body.name 与 path.product_id 的位置。",
"explanation": "输入解析失败在路由运行前发生，所以要用 RequestValidationError 的应用处理器。这里只提取 loc、type、msg，既提供定位信息，又避免把原始输入或不能编码的异常上下文直接回显。"
},
{
"title": "用三类失败验证处理器",
"body": "在 /docs 重测不存在商品、abc 编号和空 POST；另在终端发送 curl -i -X POST http://127.0.0.1:8000/health（Windows 用 curl.exe）。下方 JSON 是空 POST 的响应示例，只用于对照。",
"lang": "json",
"code": "{\n \"error\": {\n \"code\": \"validation_error\",\n \"message\": \"请求参数不符合接口要求\",\n \"details\": [\n {\n \"loc\": [\"body\", \"name\"],\n \"type\": \"missing\",\n \"msg\": \"Field required\"\n }\n ]\n }\n}",
"expected": "404 与 405 的 code 都为 http_error，422 为 validation_error；所有响应都有 error，405 的 Allow 头仍存在。英文 msg 可能与示例略有不同。",
"explanation": "外层一致方便界面统一显示，状态码和 details 又保留了不同失败原因。程序适合按稳定的 code 与 loc 判断，不能依赖可能随库版本变化的英文说明；未知服务器错误仍应修代码，不能包装成 200。"
}
],
"checks": [
"不存在的商品返回 404、http_error 和“商品不存在”。",
"非法 product_id 与缺失 name 都返回 422、validation_error，details.loc 能指出不同位置。",
"POST /health 仍返回 405，Allow 响应头被保留。",
"成功的商品响应不被包在 error 字段中；204 删除仍然没有响应体。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "错误响应有 message，但 HTTP 状态一直是 200",
"cause": "只返回了错误字典，没有设置 JSONResponse 的 status_code。",
"fix": "在异常处理器中显式设置对应状态，HTTP 错误使用 exc.status_code。"
},
{
"symptom": "注册 HTTPException 处理器后，未知路径仍是默认格式",
"cause": "只处理 FastAPI 的异常子类，没有覆盖框架抛出的 Starlette 基类异常。",
"fix": "导入并为 StarletteHTTPException 注册处理器，路由仍可抛出 FastAPI 的 HTTPException。"
},
{
"symptom": "自定义名称校验失败后出现 JSON 序列化异常",
"cause": "把 exc.errors() 的 ctx 异常对象直接放进 JSONResponse。",
"fix": "只提取 loc、type、msg 等必要字段，不直接返回任意异常对象或原始请求内容。"
}
],
"exercise": {
"task": "对 GET /products?limit=0、GET /products/abc、POST /products 的 {} 逐一记录 status、error.code 和第一条 details.loc，写出客户端应如何定位表单或请求参数错误。",
"hint": "三次都是 422，但错误位置的来源不同：query、path、body。",
"answer": "三次 status 都是 422，code 都是 validation_error。loc 分别为 ['query','limit']、['path','product_id']、['body','name']。客户端先按 status/code 判断错误类别，再用 loc 映射对应输入位置；msg 用于显示，不作为稳定的判断条件。"
},
"refs": [
{
"label": "FastAPI：覆盖异常处理器",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/handling-errors/"
},
{
"label": "Starlette：Exceptions",
"url": "https://github.com/Kludex/starlette/blob/main/docs/exceptions.md"
},
{
"label": "Pydantic：错误处理",
"url": "https://docs.pydantic.dev/latest/errors/errors/"
}
],
"intro": {
"scenario": "查询不存在的杯子和提交空名称都会失败，但默认返回的形状不一样。我们让调用方始终能在相同位置找到错误，同时保留该改哪个字段的线索。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 06 课的完整 main.py，创建、删除商品与删除后 404 均已验证。",
"继续 api-lab 和 /docs；先访问 /products/999999，确认这个编号确实不存在，若已存在则换一个未使用的正整数。"
],
"outcome": "让找不到商品、输入不合法和方法不支持都返回一致的 error 外层，并保留状态码、字段位置与必要响应头。"
}
},
{
"id": "08",
"group": "REST 接口",
"title": "复用依赖与拆分路由文件",
"summary": "在独立文件实现 /private，并看到缺少、错误、正确校验值分别被拒绝或放行。",
"objectives": [
"把共同的请求检查写成一个函数",
"将独立路由文件接到现有 app",
"设置服务读取的配置值并用三次请求验收"
],
"concepts": [
{
"title": "依赖是实际执行的前置动作",
"body": "第 5 步三次请求经过同一个 require_demo_key；前两次抛异常，路由不执行，第三次才返回成功。Depends 让这份规则可以复用到多个接口。"
},
{
"title": "请求头与服务配置来自两边",
"body": "第 4 步设置的 DEMO_API_KEY 属于服务进程，第 5 步填写的 X-API-Key 属于来访请求。把值放在查询参数里不会满足 Header 声明。"
},
{
"title": "文件组织还需要注册",
"body": "第 2 步建立 private.py 后接口尚不可用，第 3 步 include_router 后才出现在 /docs。多个文件最终仍由同一个 app 提供服务和错误处理。"
},
{
"title": "课堂校验不等于用户身份系统",
"body": "这次只验证一个公开课堂字符串，没有用户、权限分组和密钥轮换。它帮助理解配置、前置检查和请求头，业务认证需要另定方案。"
}
],
"steps": [
{
"title": "建立依赖函数文件",
"body": "在 api-lab 根目录新建 dependencies.py，粘贴下方完整代码。先保留 main.py 的商品操作和错误处理器，这一步还不访问 /private。",
"filename": "dependencies.py",
"lang": "python",
"code": "import os\nimport secrets\nfrom typing import Annotated\n\nfrom fastapi import Header, HTTPException\n\ndef require_demo_key(\n x_api_key: Annotated[str | None, Header(alias=\"X-API-Key\")] = None,\n) -> None:\n expected = os.getenv(\"DEMO_API_KEY\")\n if not expected:\n raise HTTPException(status_code=503, detail=\"服务未配置 DEMO_API_KEY\")\n if x_api_key is None or not secrets.compare_digest(\n x_api_key.encode(\"utf-8\"), expected.encode(\"utf-8\")\n ):\n raise HTTPException(\n status_code=401,\n detail=\"X-API-Key 无效\",\n headers={\"WWW-Authenticate\": \"APIKey\"},\n )",
"expected": "dependencies.py 保存后没有顶层执行输出；文件中包含 require_demo_key，main.py 仍可运行。下一步会让新接口真正调用它。",
"explanation": "函数先读取服务端环境变量，再读取请求头并比较。未配置时返回 503，表示服务还没准备好；配置了但来访者没带正确值时返回 401。compare_digest 用于比较校验值，Header(alias=...) 指明数据来自请求头。"
},
{
"title": "创建独立的私有路由",
"body": "新建 api-lab/routers 目录，在其中创建空的 __init__.py 和下方 private.py。注意 import 从 dependencies 读函数，文件内使用 @router.get。",
"filename": "routers/private.py",
"lang": "python",
"code": "from fastapi import APIRouter, Depends\n\nfrom dependencies import require_demo_key\n\nrouter = APIRouter(\n tags=[\"private\"],\n dependencies=[Depends(require_demo_key)],\n)\n\n@router.get(\"/private\")\ndef read_private():\n return {\"message\": \"API key accepted\"}",
"expected": "routers 目录有两个文件；此时只保存文件还不会让 /docs 出现 /private，这是下一步注册的工作。",
"explanation": "APIRouter 先在独立模块收集路由；Depends(require_demo_key) 声明每次访问前先执行检查。检查抛异常时不会进入 read_private，因此多个入口可共用同一前置步骤。"
},
{
"title": "在主入口注册 router",
"body": "在 main.py 顶部导入 private，在已有 app = FastAPI(...) 之后加入 include_router；不要新建第二个 app。保存、等待重载并刷新 /docs，展开 private 分组。",
"filename": "main.py",
"lang": "python",
"code": "from routers import private\n\n# 放在 app = FastAPI(...) 之后\napp.include_router(private.router)\n\n# 目录结构\n# api-lab/\n# main.py\n# dependencies.py\n# routers/\n# __init__.py\n# private.py",
"expected": "/docs 中出现 GET /private 和可填写的 X-API-Key；商品接口及统一错误处理仍在。若没有新路由，核对 include_router 是否执行。",
"explanation": "导入 Python 模块不等于注册接口，include_router 才把收集的路由加入同一个应用。独立文件不反向 import main，可以避免循环导入；应用级错误处理器也会作用于新路由。"
},
{
"title": "设置当前终端环境并重新启动",
"body": "在运行服务的终端按 Ctrl+C。只执行下方与你系统对应的一组命令，在同一个窗口设置变量再启动；不要在另一终端设置后直接刷新旧服务。",
"lang": "bash",
"code": "# Windows PowerShell\n$env:DEMO_API_KEY = \"classroom-key\"\npython -m uvicorn main:app --reload\n\n# macOS / Linux\nexport DEMO_API_KEY=\"classroom-key\"\npython -m uvicorn main:app --reload",
"expected": "服务重新启动后不再因未配置 DEMO_API_KEY 返回 503。先访问不带头的 /private，应得到 401。",
"explanation": "新进程会继承启动它的终端环境，这解释了为什么必须在设置值后重新启动。classroom-key 是服务端期望的课堂值，请求还需要从 X-API-Key 头带来匹配值。"
},
{
"title": "验证缺失、错误与正确密钥",
"body": "在 /docs 依次执行 GET /private：不填 X-API-Key、填 wrong-key、填 classroom-key。也可用下面三条 curl 对照，Windows 用 curl.exe。最后访问 GET /products。",
"lang": "bash",
"code": "# macOS / Linux；Windows PowerShell 使用 curl.exe\ncurl -i http://127.0.0.1:8000/private\ncurl -i http://127.0.0.1:8000/private -H \"X-API-Key: wrong-key\"\ncurl -i http://127.0.0.1:8000/private -H \"X-API-Key: classroom-key\"",
"expected": "前两次为 401，第三次为 200 和 API key accepted；错误使用第 07 课的 error 格式，401 保留 WWW-Authenticate；商品列表仍可按原方式访问。",
"explanation": "同一检查函数在每次私有请求前执行，只有通过才进入路由。Header 的默认值 None 让“未提供”进入我们自定义的 401 判断，而不是先触发必填字段 422；本实验仅保护 /private。"
}
],
"checks": [
"/docs 显示 /private 和 X-API-Key 请求头输入项。",
"配置环境变量后，缺失或错误密钥返回 401 和 http_error；正确密钥返回 200 和 {\"message\":\"API key accepted\"}。",
"未设置 DEMO_API_KEY 的新服务进程返回 503，而不会因为请求头与配置都为空而通过。",
"拆分文件后 /health、原有商品 CRUD 与错误结构仍然可用。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "已在客户端写 X-API-Key，却显示密钥无效",
"cause": "服务读取的头部来源声明不正确，或者客户端把值放到了查询字符串。",
"fix": "依赖明确使用 Header(alias='X-API-Key')；在 Network 或 curl 输出中核对 Request Headers。"
},
{
"symptom": "环境变量已设置，接口仍返回 503",
"cause": "变量设置在另一个终端，或者旧服务进程没有重启。",
"fix": "在设置变量的同一个终端停止并重启 Uvicorn。"
},
{
"symptom": "新增 private.py 后 /private 返回 404",
"cause": "只创建了 router，没有在主 app 上 include_router，或启动时目录不正确。",
"fix": "确认 main.py 注册 private.router，并从 api-lab 根目录启动 main:app。"
}
],
"exercise": {
"task": "在 routers/private.py 中新增 GET /private/status，返回 {\"enabled\":true}。复用 router 上的依赖，分别验证无头部与正确头部。再说明为什么这仍不能判断是哪位学生发出的请求。",
"hint": "只添加 @router.get('/private/status') 的函数，不必复制校验代码。",
"answer": "添加：\n@router.get('/private/status')\ndef private_status():\n return {'enabled': True}\n\n无 X-API-Key 返回 401；classroom-key 返回 200 和 {'enabled':true}。两个接口自动复用 router 依赖。所有人使用同一公开密钥，服务只能判断是否匹配，无法识别具体用户。"
},
"refs": [
{
"label": "FastAPI：依赖注入",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/dependencies/"
},
{
"label": "FastAPI：Header 参数",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/header-params/"
},
{
"label": "FastAPI：多文件应用",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/bigger-applications/"
},
{
"label": "Python：compare_digest",
"url": "https://docs.python.org/3/library/secrets.html#secrets.compare_digest"
}
],
"intro": {
"scenario": "商品目录已经能操作了，现在另加一个课堂用的“内部入口”：只有带正确 X-API-Key 才能访问。顺便把它放进独立文件，看多个文件如何组成同一个服务。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 07 课，api-lab/main.py 的错误响应有统一 error 对象。",
"仍使用同一 .venv；本课新增 dependencies.py 和 routers/private.py，保留商品接口。",
"公开课堂值 classroom-key 仅用于本地练习，不把它当作真实用户认证系统。"
],
"outcome": "在独立文件实现 /private，并看到缺少、错误、正确校验值分别被拒绝或放行。"
}
},
{
"id": "09",
"group": "异步与调用",
"title": "使用 async / await 处理 I/O 等待",
"summary": "同时发出两次各等待 1 秒的请求，比较两种写法的总耗时，并能把阻塞写法改回可交错等待的实现。",
"objectives": [
"建立有固定等待时间的本地接口",
"用实际请求比较约 1 秒与约 2 秒的差异",
"将无法替换的同步等待放到线程中，并恢复可继续学习的代码"
],
"concepts": [
{
"title": "先看等待是否重叠，再理解 await",
"body": "第 2 步两个各等 1 秒的请求总计约 1 秒；第 3 步换成 time.sleep 后约 2 秒。await 的价值是把等待时间让给其他任务，async 本身不会自动改造阻塞函数。"
},
{
"title": "I/O 等待与计算分别处理",
"body": "本课 sleep 只是模拟网络或磁盘等 I/O 等待；计算密集任务即使写进 async 也不会凭空加快。第 4 步线程方案适用于无法替换的同步等待。"
},
{
"title": "执行位置决定会拖住谁",
"body": "async 路由由事件循环推进，普通 def 路由由 FastAPI 交到线程池。第 3 步是在 async 内直接调用阻塞函数，所以连 /health 都受影响；第 4 步显式 to_thread 才改变它的位置。"
}
],
"steps": [
{
"title": "增加一个可测量的等待接口",
"body": "在已激活的 api-lab 终端执行 python -m pip install \"httpx>=0.27,<1\"。把下方路由追加到 main.py 并保存；访问 /slow?delay=1，再试 /slow?delay=-1。服务只启动一个进程。",
"code": "import asyncio\nfrom fastapi import Query\n\n@app.get(\"/slow\")\nasync def slow(delay: float = Query(default=1, ge=0, le=5)):\n await asyncio.sleep(delay)\n return {\"delay\": delay}",
"lang": "python",
"filename": "main.py",
"expected": "第一次约等 1 秒后返回 {\"delay\":1}，第二次立刻得到 422；/health 仍可访问。若安装提示找不到 Python 包，先核对 .venv 路径。",
"explanation": "asyncio.sleep 模拟等待外部结果，await 在等待时让其他任务有机会执行。Query 把 delay 限制为 0–5 秒，避免误输过大的等待时间；HTTPX 将在下一步充当同时发请求的客户端。"
},
{
"title": "同时发出两次请求",
"body": "在 api-lab/concurrent_check.py 保存下面代码。保持服务运行，在第二个终端执行 python concurrent_check.py，记下状态列表和 elapsed。页面交互是模拟，计时以这个脚本为准。",
"code": "import asyncio\nfrom time import perf_counter\nimport httpx\n\nasync def main():\n async with httpx.AsyncClient(base_url=\"http://127.0.0.1:8000\") as client:\n started = perf_counter()\n results = await asyncio.gather(\n client.get(\"/slow\", params={\"delay\": 1}),\n client.get(\"/slow\", params={\"delay\": 1}),\n )\n print([r.status_code for r in results])\n print(f\"elapsed={perf_counter() - started:.2f}s\")\n\nasyncio.run(main())",
"lang": "python",
"filename": "concurrent_check.py",
"expected": "输出 [200, 200]，总耗时通常接近 1 秒加通信开销，而不是两次等待简单相加的 2 秒。连接失败时先检查服务是否在 8000 运行。",
"explanation": "asyncio.gather 让两个请求同时进行，AsyncClient 负责实际收发。服务在每次 await sleep 时可以处理另一条请求，因此两段等待重叠；async 并没有把单次 1 秒缩短。"
},
{
"title": "复现阻塞，再恢复",
"body": "在 main.py 临时加入 import time，将 /slow 中 await asyncio.sleep(delay) 换成 time.sleep(delay)。等待重载后重跑计时脚本，并在两次慢请求进行时从第三个终端访问 /health。记录后立刻恢复 await asyncio.sleep(delay)。macOS / Linux 把下面 curl.exe 改为 curl。",
"code": "curl.exe \"http://127.0.0.1:8000/health\"",
"lang": "bash",
"expected": "阻塞写法下两次请求通常约 2 秒，等待期间 /health 也可能迟迟不返回；恢复后计时通常又接近 1 秒。以明显差异判断，不要求毫秒完全一致。",
"explanation": "time.sleep 直接占住 async 路由所在的执行线程，函数名字前写 async 也不能自动把它变成可让出的等待。其他请求被拖住，正是事件循环无法继续处理它们的表现。"
},
{
"title": "为无法替换的同步 I/O 选择线程",
"body": "把下面 slow_sync 函数加到 main.py。在 /slow 函数内，把原来的等待和 return 两行临时改成 result = await asyncio.to_thread(slow_sync, delay) 与 return result（去掉示例前的 #）。重跑 concurrent_check.py；验收后把 /slow 恢复为第 1 步的 asyncio.sleep 版本供后课使用。",
"code": "import time\n\ndef slow_sync(delay: float):\n time.sleep(delay)\n return {\"delay\": delay}\n\n# 放在 async def 路由内：\n# result = await asyncio.to_thread(slow_sync, delay)\n# return result",
"lang": "python",
"expected": "使用 to_thread 后两次请求通常又能在约 1 秒完成，/health 不必等待两段串行 sleep。最后 /slow 保持异步 sleep 原版，下一课的超时实验有确定起点。",
"explanation": "to_thread 把同步辅助函数交到另一个线程执行，让当前异步路由可以等待而不占住事件循环。FastAPI 会在线程池运行普通 def 路由，却不会自动搬走 async def 里直接调用的普通函数；线程也不是本课大量 CPU 计算的加速方案。"
}
],
"checks": [
"异步版本两个 delay=1 请求均返回 200，总耗时通常接近 1 秒。",
"阻塞版本在单进程下耗时明显增加，恢复后 /health 不再等待 slow 的 sleep 结束。",
"/slow?delay=-1 与 /slow?delay=6 都返回 422。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "写了 async def，其他请求仍卡住",
"cause": "路由内使用 time.sleep、同步 HTTP 客户端或长时间计算，占住事件循环。",
"fix": "定位耗时调用；I/O 改用 await 支持的 API，必要时把同步 I/O 放到线程。"
},
{
"symptom": "两次 await 请求仍耗时约 2 秒",
"cause": "先 await 第一次，再创建第二次，代码仍是串行等待。",
"fix": "用 asyncio.gather 同时调度两个请求，再比较结果。"
},
{
"symptom": "出现 coroutine was never awaited",
"cause": "调用异步函数但没有 await，也没有交给任务调度。",
"fix": "在 async 函数内 await 结果；脚本最外层用 asyncio.run(main())。"
}
],
"exercise": {
"task": "把脚本改成同时请求 3 个 delay=1 的 /slow，再增加一次 /health，记录总耗时及各状态码。",
"hint": "把第三个 /slow 和 /health 一并放进 gather；不要依次 await。",
"answer": "四个请求应全部返回 200。使用非阻塞等待时，总耗时通常仍接近最长的一次等待，即约 1 秒；若接近 3 秒，先检查服务是否恢复了 asyncio.sleep。"
},
"refs": [
{
"label": "FastAPI：并发与 async / await",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/async/"
},
{
"label": "Python：协程、gather 与 to_thread",
"url": "https://docs.python.org/3/library/asyncio-task.html"
}
],
"demo": "async",
"intro": {
"scenario": "假设商品目录需要等另一个服务返回结果。一件商品要等 1 秒，同时查两件一定要等 2 秒吗？先用可控的等待实验观察，再解释 async 和 await。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 08 课，api-lab/main.py 能启动且 /health 返回 200；继续同一 .venv。",
"保留一个 Uvicorn 进程，另开已激活环境的终端执行客户端脚本。本课新增 concurrent_check.py；安装命令在第 1 步给出。"
],
"outcome": "同时发出两次各等待 1 秒的请求，比较两种写法的总耗时，并能把阻塞写法改回可交错等待的实现。"
}
},
{
"id": "10",
"group": "异步与调用",
"title": "使用 HTTPX 调用服务与调试 CORS",
"summary": "看到 API 等待过久时返回 504，并让本机商品页面在正确来源下创建商品、在不匹配来源下显示浏览器错误。",
"objectives": [
"让应用创建和关闭同一个 HTTP 客户端",
"对照正常调用和超时调用的响应",
"用两个网页地址复现跨来源访问差异并读出相关请求头"
],
"concepts": [
{
"title": "一段是入站，一段是出站",
"body": "第 2 步 /upstream-demo 收到浏览器请求后再请求 /slow。观察 504 时先定位第二段等待，别把它与第 4 步浏览器来源错误混在一起。"
},
{
"title": "客户端随应用复用和关闭",
"body": "第 1 步在 lifespan 中创建 AsyncClient，后续请求复用连接，退出时关闭。不同超时参数限制不同阶段，read 通常是等待下一块数据的上限。"
},
{
"title": "浏览器以完整来源比较授权",
"body": "第 4 步同一网页换 localhost 后失败。Origin 包括协议、主机和端口；第 5 步的响应头提供判断依据，curl 返回了数据也不等于浏览器授权通过。"
}
],
"steps": [
{
"title": "把客户端交给 lifespan 管理",
"body": "在 main.py 中把下方 lifespan 定义放到 app 创建之前，将原来的 FastAPI(...) 初始化改为 FastAPI(lifespan=lifespan)。已有 lifespan 时合并客户端管理；保留全部路由并只创建一个 app。若未装 HTTPX，先在 .venv 执行 python -m pip install \"httpx>=0.27,<1\"。",
"code": "from contextlib import asynccontextmanager\nimport httpx\nfrom fastapi import FastAPI\n\n@asynccontextmanager\nasync def lifespan(app: FastAPI):\n timeout = httpx.Timeout(3.0, connect=1.0)\n async with httpx.AsyncClient(\n base_url=\"http://127.0.0.1:8000\", timeout=timeout\n ) as client:\n app.state.http = client\n yield\n\napp = FastAPI(lifespan=lifespan)",
"lang": "python",
"filename": "main.py",
"expected": "重启后 /health 与 /slow 仍可用，没有第二个 app 把已注册路由覆盖；服务启动和停止都无客户端创建或关闭异常。",
"explanation": "lifespan 是应用启动到关闭的管理入口：yield 前创建客户端，yield 后退出上下文并关闭。app.state.http 保存这份可复用客户端。base_url 固定本机，connect 限制建立连接等待，其余阶段默认 3 秒，并非整个请求总时限。"
},
{
"title": "把出站失败转换为可判断的响应",
"body": "追加下方 /upstream-demo 路由。分别访问 /upstream-demo?delay=1 和 /upstream-demo?delay=4，记录等待时长及状态；保留 /slow 的异步 sleep，避免被上一课阻塞实验影响。",
"code": "from fastapi import HTTPException, Query, Request\n\n@app.get(\"/upstream-demo\")\nasync def upstream_demo(\n request: Request,\n delay: float = Query(default=1, ge=0, le=5),\n):\n try:\n response = await request.app.state.http.get(\n \"/slow\", params={\"delay\": delay}\n )\n response.raise_for_status()\n return {\"upstream\": response.json()}\n except httpx.TimeoutException as exc:\n raise HTTPException(504, \"上游响应超时\") from exc\n except httpx.HTTPStatusError as exc:\n raise HTTPException(502, \"上游返回非成功状态\") from exc\n except httpx.RequestError as exc:\n raise HTTPException(502, \"无法连接上游服务\") from exc",
"lang": "python",
"filename": "main.py",
"expected": "delay=1 返回 200 和 upstream.delay=1；delay=4 通常约 3 秒后返回 504，消息为上游响应超时。",
"explanation": "浏览器到本应用是一段请求，应用再到 /slow 是第二段；这里第二段模拟“上游服务”。HTTPX 的超时异常被转成 504，非成功状态与连接失败转成 502。raise_for_status 负责把非 2xx 变成可捕获错误；出站地址固定，调用方不能任意指定。"
},
{
"title": "在两个页面来源之间复现 CORS",
"body": "在 app 创建之后加入下方 CORSMiddleware；已有配置时修改它，不重复添加。暂时只保留 http://127.0.0.1:5500 这个允许来源；下载版若还允许 localhost:5500，先将后者移出。",
"code": "from fastapi.middleware.cors import CORSMiddleware\n\napp.add_middleware(\n CORSMiddleware,\n allow_origins=[\"http://127.0.0.1:5500\"],\n allow_credentials=False,\n allow_methods=[\"GET\", \"POST\", \"PUT\", \"DELETE\"],\n allow_headers=[\"Content-Type\", \"X-API-Key\"],\n)",
"lang": "python",
"filename": "main.py",
"expected": "服务能正常重载；配置中明确只有一个允许来源。此时尚未打开前端页面，不会仅因加了配置就看到浏览器提示。",
"explanation": "这个配置将告诉浏览器哪些页面可以读取 API 响应。来源由协议、主机、端口共同组成，所以网页的 5500 与 API 的 8000 不同；localhost 和 127.0.0.1 也会被视为不同来源。"
},
{
"title": "建立前端页面并从 5500 访问 API",
"body": "在 api-lab/cors-demo.html 保存下方完整 HTML。另开终端进入 api-lab、激活 .venv，运行 python -m http.server 5500。打开 http://127.0.0.1:5500/cors-demo.html，按 F12 打开 Network，再点击按钮；然后通过 http://localhost:5500/cors-demo.html 打开同一文件并再次点击。",
"code": "\n\n\nCORS 实验\n\n\n\n",
"lang": "html",
"filename": "cors-demo.html",
"expected": "第一个页面显示 201 和新商品字段，Network 中可见 OPTIONS 与 POST；第二个页面显示无法读取响应的提示，Console 或 Network 有来源相关错误。",
"explanation": "这个 JSON POST 会先触发 OPTIONS 预检，浏览器确认服务允许该来源和请求头后再发送业务请求。两个网页文件相同却结果不同，说明这里检查的是页面来源；不是陶瓷杯数据格式发生了变化。"
},
{
"title": "读预检请求和响应头",
"body": "在 Network 中展开 OPTIONS，比较 Origin 与 Access-Control-Allow-Origin。再用第二个终端执行下方 curl 预检请求，随后执行超时请求；macOS / Linux 用 curl。把 curl 的 Origin 改为 http://localhost:5500 对照后恢复。若以后需要两种网页地址，再把它们都加入允许列表。",
"code": "curl.exe -i -X OPTIONS \"http://127.0.0.1:8000/products\" -H \"Origin: http://127.0.0.1:5500\" -H \"Access-Control-Request-Method: POST\" -H \"Access-Control-Request-Headers: content-type\"\ncurl.exe -i \"http://127.0.0.1:8000/upstream-demo?delay=4\"",
"lang": "bash",
"expected": "允许来源的预检响应包含匹配的 Access-Control-Allow-Origin；不匹配来源不会得到同样的授权头。超时请求仍为 504，它与网页来源错误有不同触发路径。",
"explanation": "CORS 是浏览器决定页面能否读响应的机制；curl 和服务端 HTTPX 不执行这种页面限制。因此命令行能拿到响应并不能证明网页可以读取，CORS 也不能代替第 08 课那类身份检查。"
}
],
"checks": [
"/upstream-demo?delay=1 返回 200，包含上游的 delay 字段。",
"/upstream-demo?delay=4 返回 504；把上游地址临时改为未监听端口可观察 502，随后恢复。",
"允许来源的预检响应包含 Access-Control-Allow-Origin: http://127.0.0.1:5500，浏览器可以读取响应。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "上游返回 404，接口却继续执行正常处理",
"cause": "HTTP 请求收到响应不等于业务成功，代码没有检查状态。",
"fix": "调用 raise_for_status 并单独处理 HTTPStatusError。"
},
{
"symptom": "curl 成功，网页报 CORS 错误",
"cause": "浏览器页面来源与 allow_origins 不匹配，或预检方法、请求头未被允许。",
"fix": "逐项核对 Origin、方法和自定义请求头，再看浏览器 Network 中的 OPTIONS 响应。"
},
{
"symptom": "用 timeout=3 就以为整个请求最多 3 秒",
"cause": "把阶段性超时误认为总请求截止时间，流式响应每次及时发送数据时可能持续更久。",
"fix": "先明确要限制连接、块间等待还是总耗时；本课实验只验证读超时。"
}
],
"exercise": {
"task": "让 /upstream-demo 在等待超过 0.2 秒时返回 504，同时保持直接访问 /slow?delay=1 能正常返回。",
"hint": "只覆盖 client.get 的 timeout 参数，保留异步 /slow。",
"answer": "给该次请求设置 timeout=httpx.Timeout(0.2, connect=1.0)。请求 /upstream-demo?delay=1 会在等待上游数据时触发超时；直接请求 /slow?delay=1 仍约 1 秒后返回 200。"
},
"refs": [
{
"label": "HTTPX：异步客户端",
"url": "https://www.python-httpx.org/async/"
},
{
"label": "HTTPX：超时阶段",
"url": "https://www.python-httpx.org/advanced/timeouts/"
},
{
"label": "HTTPX：状态码与异常",
"url": "https://www.python-httpx.org/quickstart/"
},
{
"label": "FastAPI：lifespan",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/advanced/events/"
},
{
"label": "FastAPI：CORS",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/cors/"
}
],
"intro": {
"scenario": "商品页面向 API 发请求后，API 有时还要等待另一项服务。我们先让 API 请求本机的等待接口，再从一个简单商品网页调用 API，分别观察服务超时和浏览器不让页面读响应的现象。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 09 课并恢复 /slow 的 await asyncio.sleep 写法；HTTPX 已装进 api-lab/.venv。",
"已有第 06 课 POST /products 和第 07 课错误处理。先访问 /slow?delay=1 确认约 1 秒返回。",
"本课保留 API 在 8000，新增 cors-demo.html 并在第二终端启动 5500；实验服务均在本机。"
],
"outcome": "看到 API 等待过久时返回 504，并让本机商品页面在正确来源下创建商品、在不匹配来源下显示浏览器错误。"
}
},
{
"id": "11",
"group": "流式与实时通信",
"title": "完整响应、流式响应、SSE 与 WebSocket",
"summary": "亲眼比较等完再显示、逐段显示和连接内继续发送消息，并为三个简单商品场景选择合适的通信方式。",
"objectives": [
"运行一次等待完成后返回的清单进度接口",
"在交互演示中比较第一段结果何时出现",
"用商品保存、清单进度与咨询消息说明选择理由"
],
"concepts": [
{
"title": "完整响应先准备好结果",
"body": "第 2 步所有进度文字一起出现，因为函数在三段处理后才 return。第 12 课会把相同内容改成逐段发送，方便公平比较。"
},
{
"title": "SSE 是带事件边界的 HTTP 文本流",
"body": "第 3 步的逐条进度可以用 SSE 表达：响应类型 text/event-stream，空行分隔事件，方向是服务端向客户端推送。它仍然建立在 HTTP 响应上。"
},
{
"title": "WebSocket 适合连接内双向消息",
"body": "本页模拟里可以在连接保持时继续发咨询，双方不必每条消息都新建 HTTP 请求。消息类型、完成、错误与断线行为仍需要自己定义。"
}
],
"steps": [
{
"title": "先跑一次完整结果接口",
"body": "把下方 PromptIn 模型和 /generate 路由追加到 api-lab/main.py；模型放在使用它的函数之前。保存后刷新 /docs，找到 POST /generate。",
"code": "import asyncio\nfrom pydantic import BaseModel, Field\n\nclass PromptIn(BaseModel):\n prompt: str = Field(min_length=1, max_length=200)\n\n@app.post(\"/generate\")\nasync def generate(payload: PromptIn):\n parts = []\n for text in [\"准备导出商品清单：\", payload.prompt, \"。导出进度演示完成。\"]:\n await asyncio.sleep(0.4)\n parts.append(text)\n return {\"text\": \"\".join(parts)}",
"lang": "python",
"filename": "main.py",
"expected": "文档中出现 /generate，输入需要 prompt；此时没有生成下载文件或后台作业，这个接口只准备返回文字。",
"explanation": "PromptIn 限定一个非空清单名，循环模拟三次各 0.4 秒的处理。parts 先收集所有片段，最后 join 成一条完整文字再 return，所以响应内容要等循环结束才可用。"
},
{
"title": "记录完整响应的等待",
"body": "在 /docs 的 POST /generate 请求体框中输入下方 JSON，点击 Execute；从点击开始观察，记录业务文字何时出现，再重复一次。",
"code": "{\"prompt\":\"catalog\"}",
"lang": "json",
"expected": "大约 1.2 秒加通信开销后，一次看到完整的“准备导出商品清单：catalog。导出进度演示完成。”，中间没有逐条进度文字。",
"explanation": "这次等待来自三次 sleep，return 在循环之后执行。HTTP 响应头何时到达与可用业务文字何时到达不是同一件事；我们关心的是用户何时开始看到内容。"
},
{
"title": "对照三条连接过程",
"body": "操作本页协议演示，依次选择完整 HTTP、SSE、WebSocket。每次先开始再观察第一段文字的出现时机；在 WebSocket 模式尝试保持连接并继续发一条商品咨询。此处不需要把演示动作复制到终端。",
"expected": "完整响应等完成后显示文字，SSE 模式逐条显示片段，WebSocket 模式允许在同一连接中再发消息。这些是浏览器模拟的现象，真实实现从下一课开始。",
"explanation": "流式 HTTP 把同一个响应体分段送达；SSE 在文本流里规定了“每条事件在哪里结束”。WebSocket 则让双方在连接建立后独立发送消息，这解释了它适合来回咨询。"
},
{
"title": "把场景写成协议选择题",
"body": "在学习笔记写下三个具体选择：保存陶瓷杯字段、等待商品清单进度、在连接中反复咨询商品。为每项补一句“用户需要什么时候看到什么”，再与预期对照。",
"expected": "可以得到：保存商品用一次 POST/响应；连续展示进度可用 SSE；双方持续发消息可用 WebSocket。只偶尔查进度时，定期 GET 也可满足需求。",
"explanation": "通信方式由交互需要决定：是否需要早到片段、谁能主动发送、连接是否持续。REST 讨论资源和 HTTP 操作，不禁止流式返回；用 WebSocket 也不会自动得到消息保存或真实客服逻辑。"
}
],
"checks": [
"能说清 SSE 使用 HTTP，且不是 WebSocket 的别名。",
"/generate 返回单个 {text:...} 对象；不会在每个步骤结束时返回一个新 HTTP 响应。",
"能为保存商品、逐步显示文本、双向实时消息分别选择方案并说明原因。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "为了逐字显示文字，直接把所有接口都改成 WebSocket",
"cause": "把流式接收和双向消息通信混为一谈。",
"fix": "先确定客户端是否需要在同一条连接上持续主动发送；单向文本结果通常先考虑 HTTP 流式响应。"
},
{
"symptom": "把服务器 yield 的次数当成客户端 read 的次数",
"cause": "网络、服务器和浏览器可能合并或拆开数据块。",
"fix": "依赖协议的事件分隔符解析消息，不依赖网络块边界。"
}
],
"exercise": {
"task": "用户提交一次短文本后只接收生成结果，偶尔点击“停止”。是否必须使用 WebSocket？",
"hint": "思考取消 HTTP 请求是否已经满足停止读取的需要。",
"answer": "不必须。可以提交 HTTP 请求并读取流式响应，通过取消请求停止读取；服务端同时处理断开并释放资源。如果还需要在同一会话持续双向发送独立消息，再评估 WebSocket。"
},
"refs": [
{
"label": "FastAPI：StreamingResponse",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/advanced/custom-response/"
},
{
"label": "MDN：SSE 事件流",
"url": "https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Server-sent_events/Using_server-sent_events"
},
{
"label": "FastAPI：WebSocket",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/advanced/websockets/"
}
],
"demo": "protocol",
"intro": {
"scenario": "商品清单导出需要一点时间：页面可以等全部完成，也可以边等边显示进度。再换成商品咨询，用户与服务还需要不断往返消息。先用一个小实验比较这几种体验。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 10 课，main.py 可正常启动，已会在 /docs 发送 JSON；保留 asyncio 和 Pydantic 依赖。",
"本课先新增 /generate，仍在 api-lab 中操作。进度只模拟三个片段，不生成真实导出文件。",
"本页协议交互用于观察；后面第 12–15 课会逐个实现真实连接，不必先掌握所有协议名。"
],
"outcome": "亲眼比较等完再显示、逐段显示和连接内继续发送消息，并为三个简单商品场景选择合适的通信方式。"
}
},
{
"id": "12",
"group": "流式与实时通信",
"title": "用 StreamingResponse 输出 SSE 事件",
"summary": "在终端依次收到三条进度和一条完成事件，并在主动断开后看到服务端清理日志。",
"objectives": [
"把一条进度编码成明确的事件格式",
"让服务每次产生一个片段并最终发送 done",
"用真实网络观察逐段到达和中途取消"
],
"concepts": [
{
"title": "yield 让结果逐段交出去",
"body": "第 4 步文字每隔约 0.4 秒出现，来自生成器每轮 yield；StreamingResponse 负责发送。与上一课最后 return 相比，业务内容更早可见。"
},
{
"title": "双方依赖同一事件约定",
"body": "第 5 步核对了 token 的 {text:...}、done 的 {} 和空行边界。JSON 编码保护数据内容，固定事件名保护协议结构，不能把任意输入直接拼成协议行。"
},
{
"title": "开始前校验，结束时清理",
"body": "第 3 步先校验 prompt，第 4 步取消后 finally 打印清理。响应头发送后不能改写 HTTP 状态，后续异常要约定流内错误或明确的连接结束行为。"
}
],
"steps": [
{
"title": "定义一处统一的事件编码",
"body": "在 main.py 的辅助函数区添加 encode_sse。为方便先看到格式，可在第二终端执行 python 进入提示符，输入 from main import encode_sse，再输入 print(encode_sse(\"token\", {\"text\":\"陶瓷杯\"}))，之后 exit()。",
"code": "import json\n\ndef encode_sse(event: str, data: dict) -> str:\n payload = json.dumps(data, ensure_ascii=False)\n return f\"event: {event}\\ndata: {payload}\\n\\n\"",
"lang": "python",
"filename": "main.py",
"expected": "打印中有 event: token、data: {\"text\": \"陶瓷杯\"}，数据后还留出空行。JSON 使用双引号，中文可直接读。",
"explanation": "SSE 用 event 指定事件名、data 保存内容，两个换行形成事件结束的空行。json.dumps 负责转义内容里的引号和换行，避免用户文本被误解成另一行协议；event 名由代码固定。"
},
{
"title": "产生有限长度 token 流",
"body": "继续在 main.py 添加 token_events。保留循环中的等待、断开检查、三个 token 和最后的 done；它暂时还没有接到 HTTP 地址。",
"code": "import asyncio\nfrom fastapi import Request\n\nasync def token_events(request: Request, prompt: str):\n try:\n for text in [\"准备导出商品清单：\", prompt, \"。导出进度演示完成。\"]:\n await asyncio.sleep(0.4)\n if await request.is_disconnected():\n return\n yield encode_sse(\"token\", {\"text\": text})\n yield encode_sse(\"done\", {})\n finally:\n print(\"stream closed\")",
"lang": "python",
"filename": "main.py",
"expected": "文件可重载；函数明确会产生三个文字事件和一个 done，并有 finally 中的 stream closed。仅定义函数不会立即输出事件。",
"explanation": "yield 每次交出一段，而不是像上一课那样积累后一次 return。生成器可以在两段之间 await；request.is_disconnected 检查客户端是否离开，finally 则让正常完成、断开或取消都经过清理路径。"
},
{
"title": "在 /stream 返回 StreamingResponse",
"body": "在已有 app 上添加下方 GET /stream，已有同名路由则替换，避免重复注册。保存后在 /docs 查看 prompt 的默认值与长度要求，先保留默认 catalog。",
"code": "from fastapi import Query\nfrom fastapi.responses import StreamingResponse\n\n@app.get(\"/stream\")\nasync def stream(\n request: Request,\n prompt: str = Query(default=\"catalog\", min_length=1, max_length=200),\n):\n return StreamingResponse(\n token_events(request, prompt),\n media_type=\"text/event-stream\",\n headers={\"Cache-Control\": \"no-cache\"},\n )",
"lang": "python",
"filename": "main.py",
"expected": "/docs 中出现 GET /stream；空 prompt 会在请求开始前被拒绝，正常请求使用 text/event-stream 作为响应类型。下一步从终端观察逐段结果。",
"explanation": "StreamingResponse 持续读取上一步生成器并把片段发送出去。prompt 先完成校验，再开始流；响应头一旦发送，就不能事后把已经开始的 200 改成 500，因此错误边界要先想清。"
},
{
"title": "从终端逐段观察，再主动取消",
"body": "在第二个终端执行下方命令；macOS / Linux 将 curl.exe 改为 curl。完整看一次后再请求一次，在第一个片段出现时按 Ctrl+C，同时看 Uvicorn 终端。",
"code": "curl.exe -N -i \"http://127.0.0.1:8000/stream?prompt=catalog\"",
"lang": "bash",
"expected": "完整请求每隔约 0.4 秒出现一条 token，最后出现 done；正常完成和中途取消后服务端最终都有 stream closed。第二次可能来不及收到全部片段。",
"explanation": "-N 关闭 curl 自己的输出缓冲，让已到达的数据尽快显示。网络断开可能由检查或取消路径被观察到；finally 负责释放本连接相关资源，真实文件或上游迭代器也应在这类路径显式关闭。"
},
{
"title": "核对线上实际字节格式",
"body": "把刚才终端输出与下方事件体展示逐行对照，尤其检查每个 data 后的空行。此代码块是网络格式示意，不是需要运行的命令。",
"code": "event: token\ndata: {\"text\": \"准备导出商品清单：\"}\n\nevent: token\ndata: {\"text\": \"catalog\"}\n\nevent: token\ndata: {\"text\": \"。导出进度演示完成。\"}\n\nevent: done\ndata: {}\n\n",
"lang": "http",
"expected": "看到三条 event: token，最后为 event: done 且 data 是 {}；每条事件之间都有空行，不会将相邻 JSON 黏在一起。",
"explanation": "token 只是本课程为文字片段选择的事件名，不是模型分词。JSON 字符串内部的换行会变成转义序列，协议边界仍由外层空行决定；正常完成靠 done 明确表达，不能仅凭连接消失判断。"
}
],
"checks": [
"响应 Content-Type 以 text/event-stream 开头；终端能在流结束前看到 token。",
"正常结束只有一个 done，三个 token 的 text 拼接后与 /generate 的 text 相同。",
"prompt 为空返回 422；请求中途取消后清理日志出现，服务仍能处理 /health。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "客户端一直等不到事件回调",
"cause": "发送了 data 行却漏了事件末尾的空行。",
"fix": "每条事件统一通过 encode_sse 编码，并确认末尾为 \\n\\n。"
},
{
"symptom": "输入含换行后事件解析失败",
"cause": "手工拼接 JSON 或把原始输入直接放进 data 行。",
"fix": "先 json.dumps，再写入 SSE data 字段。"
},
{
"symptom": "断开后仍持续执行，或者没有清理资源",
"cause": "无限循环未处理断开、没有 await 让取消生效，或遗漏 finally 清理。",
"fix": "在迭代中检查断开，使用可等待的 I/O，并在 finally 中释放资源；保持本课生成器有限长度。"
}
],
"exercise": {
"task": "在三个 token 后、done 前增加一个 stats 事件，返回 token_count:3；保持已有客户端仍能完成。",
"hint": "stats 是独立事件类型，不需要把它伪装成 token。",
"answer": "在 done 前增加 yield encode_sse(\"stats\", {\"token_count\": 3})。原客户端只监听 token 和 done 时会忽略 stats；新增监听器后可以显示统计值。"
},
"refs": [
{
"label": "FastAPI：自定义与流式响应",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/advanced/custom-response/"
},
{
"label": "MDN：SSE 消息格式",
"url": "https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Server-sent_events/Using_server-sent_events"
},
{
"label": "FastAPI：Request 类与断开检查",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/reference/request/"
}
],
"intro": {
"scenario": "上一课清单进度要等全部结束才出现。现在保留同样三个片段，让终端边等边看到它们，再在中途停止一次，检查服务是否清理连接。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 11 课，main.py 中 POST /generate 能返回完整清单文字，服务在 8000。",
"继续 api-lab/.venv；另开终端准备使用 curl（Windows 为 curl.exe）。本课新增 GET /stream，不替换 /generate。"
],
"outcome": "在终端依次收到三条进度和一条完成事件，并在主动断开后看到服务端清理日志。"
}
},
{
"id": "13",
"group": "流式与实时通信",
"title": "在浏览器中读取流，并在中途停止",
"summary": "在浏览器逐条读出清单进度，能中途取消，也能把清单名放进 POST 请求体后继续接收同样的流。",
"objectives": [
"用 EventSource 收到 token 并在 done 后关闭",
"用 fetch 分块读取并按事件边界还原内容",
"验证主动停止和 POST 输入两种变化"
],
"concepts": [
{
"title": "现成接收器适合简单 GET",
"body": "第 1 步 EventSource 自动处理 SSE，但我们仍监听命名事件并在 done 后 close。它不能任意配置请求体或自定义头，也不能把自动重连当成可靠业务恢复。"
},
{
"title": "网络块与业务事件不是一回事",
"body": "第 2 步连续解码字节、缓存文字、按空行拆事件；一次 read 可包含多个事件，也可能只含半个字符。这个解析器覆盖本课 LF/CRLF 格式，不实现完整 EventSource 的 id、retry 等行为。"
},
{
"title": "主动取消与结果不完整分开判断",
"body": "第 3 步 AbortError 明确表示用户停止；没有 done 就意外断开则报告错误。第 4 步 POST 只改变输入方式，仍可读取相同的流式响应。"
}
],
"steps": [
{
"title": "先用 EventSource 接收命名事件",
"body": "在本地 /docs 的 Console 执行下面完整代码，观察一次完成过程。再次执行后立刻输入 stopSse()，比较中途关闭的输出；若 Console 禁止直接粘贴，按浏览器提示检查代码后使用其允许的输入方式。",
"code": "{\n const source = new EventSource(\"/stream?prompt=catalog\");\n source.addEventListener(\"token\", (event) => {\n console.log(JSON.parse(event.data).text);\n });\n source.addEventListener(\"done\", () => {\n console.log(\"完成\");\n source.close();\n });\n source.onerror = () => {\n console.error(\"流连接失败，已停止\");\n source.close();\n };\n window.stopSse = () => source.close();\n}",
"lang": "javascript",
"filename": "浏览器 Console",
"expected": "正常时逐条打印三段文字和“完成”；主动 stopSse() 时后续片段停止。Network 中不会因 done 后自动反复新建同一请求。",
"explanation": "EventSource 已经会按 SSE 格式拆事件，但 token 是命名事件，需要 addEventListener(\"token\",...)。它默认具备重连行为，所以有限进度在 done 或本课错误处理时主动 close，避免重新执行。"
},
{
"title": "把事件解析与网络读取分开",
"body": "在同一 Console 定义下方 consumeSse 函数，完整复制到最后一个大括号。这一步只定义函数，先不再发请求；沿代码找到 reader.read、decoder、buffer 和 done 四个位置。",
"code": "async function consumeSse(response, onEvent) {\n if (!response.ok) throw new Error(`HTTP ${response.status}`);\n if (!response.headers.get(\"content-type\")?.includes(\"text/event-stream\")) {\n throw new Error(\"响应不是 SSE\");\n }\n if (!response.body) throw new Error(\"没有响应体\");\n const reader = response.body.getReader();\n const decoder = new TextDecoder(\"utf-8\");\n let buffer = \"\";\n let completed = false;\n try {\n while (!completed) {\n const { value, done } = await reader.read();\n buffer += done ? decoder.decode() : decoder.decode(value, { stream: true });\n let boundary;\n while ((boundary = /\\r?\\n\\r?\\n/.exec(buffer)) !== null) {\n const block = buffer.slice(0, boundary.index);\n buffer = buffer.slice(boundary.index + boundary[0].length);\n const lines = block.split(/\\r?\\n/);\n const name = lines.find(line => line.startsWith(\"event:\"))\n ?.slice(6).trim() || \"message\";\n const data = lines.filter(line => line.startsWith(\"data:\"))\n .map(line => line.slice(5).replace(/^ /, \"\")).join(\"\\n\");\n if (data) onEvent(name, JSON.parse(data));\n if (name === \"done\") { completed = true; break; }\n }\n if (done && !completed) throw new Error(\"连接结束，但没有收到 done\");\n }\n await reader.cancel();\n } catch (error) {\n await reader.cancel().catch(() => {});\n throw error;\n } finally {\n reader.releaseLock();\n }\n}",
"lang": "javascript",
"filename": "浏览器 Console",
"expected": "控制台可完成定义，可能显示 undefined，且没有新的 /stream 请求，这是预期的准备步骤。",
"explanation": "reader.read 得到的是网络字节块，不保证对应一个中文字或一条事件。TextDecoder(stream:true) 保存不完整 UTF-8 字节，buffer 保存跨块文本，遇到空行才提取事件；没有收到 done 就断开会报告不完整结果。"
},
{
"title": "用 fetch 读取同一个 GET 接口",
"body": "继续在 Console 定义并执行下方 startStream。完整完成一次后再次调用 startStream()，马上调用 stopStream()；每次开始都使用函数内部新建的控制器。",
"code": "async function startStream() {\n const controller = new AbortController();\n window.stopStream = () => controller.abort();\n try {\n const response = await fetch(\"/stream?prompt=catalog\", {\n signal: controller.signal,\n });\n await consumeSse(response, (name, data) => {\n if (name === \"token\") console.log(data.text);\n if (name === \"done\") console.log(\"完成\");\n });\n } catch (error) {\n if (error.name === \"AbortError\") console.log(\"已取消\");\n else console.error(error);\n }\n}\nstartStream();",
"lang": "javascript",
"filename": "浏览器 Console",
"expected": "完整过程打印三个片段和“完成”；取消时打印“已取消”，不会显示成一般服务故障。服务端也会经过上课的 stream closed 清理路径。",
"explanation": "fetch 先拿到响应，再由 consumeSse 逐块读取。AbortController 的 signal 把停止动作传入本次请求，abort 触发的 AbortError 代表用户取消；读完后取消读取并释放 reader 的锁，避免悬挂资源。"
},
{
"title": "扩展：需要 POST 请求体时",
"body": "把下方 POST /stream 加入 main.py，保留已有 GET /stream。服务重载后在 Console 重新定义 startStream：将 fetch 地址改为 /stream，并增加 method:\"POST\"、headers:{\"Content-Type\":\"application/json\"}、body:JSON.stringify({prompt:\"catalog\"})，保留 signal。执行 startStream()。",
"code": "@app.post(\"/stream\")\nasync def stream_post(request: Request, payload: PromptIn):\n return StreamingResponse(\n token_events(request, payload.prompt),\n media_type=\"text/event-stream\",\n headers={\"Cache-Control\": \"no-cache\"},\n )",
"lang": "python",
"filename": "main.py",
"expected": "Network 中此请求方法是 POST、Payload 有 prompt，控制台仍逐条收到相同的 token 和 done；不是一次性完整 JSON。",
"explanation": "请求如何发送与响应如何流式返回是两件事。原生 EventSource 不能任意附加 POST 请求体，而 fetch 可以；/generate 返回完整 JSON，不能误交给要求 text/event-stream 的 consumeSse。"
},
{
"title": "核对流为什么没有逐段显示",
"body": "再次用 curl -N（Windows curl.exe -N）请求 http://127.0.0.1:8000/stream?prompt=catalog，再运行浏览器 startStream()。比较第一段到达时机；若浏览器只最后一次显示，检查是否把消费代码换成了 response.text() 或 response.json()。",
"expected": "直连终端与浏览器都应逐段出现内容；主动停止后没有继续输出。若两边行为不同，记录是终端、读取代码还是经过中间服务时才出现差异。",
"explanation": "text() 和 json() 会等完整响应读完，失去边读边显示的效果。若本机两边都正常而通过中间服务才被积攒，才进一步检查代理缓冲；本课的分层对比先确定问题发生的位置。"
}
],
"checks": [
"EventSource 收到三次 token 和一次 done 后关闭，不会周期性重新发起 /stream。",
"fetch 版本能正常显示中文；主动 stopStream 后输出“已取消”。",
"扩展 POST /stream 返回 SSE；POST /generate 仍返回 application/json。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "偶发 JSON.parse 错误，或中文出现替换字符",
"cause": "直接对每次 read 的内容解码和解析，忽略了字符、事件可能跨块。",
"fix": "保持同一 TextDecoder 并设置 stream:true，再缓存到完整空行边界后解析。"
},
{
"symptom": "一次成功结束后又出现同样文本",
"cause": "有限 SSE 结束后 EventSource 自动重连，客户端没有处理 done。",
"fix": "监听 done 调用 close；真实恢复能力需要单独定义，不默认重复执行。"
},
{
"symptom": "点击停止后仍把状态改成失败",
"cause": "把所有 fetch 异常都当成网络故障。",
"fix": "单独识别 AbortError，并同步把页面状态改为已取消。"
}
],
"exercise": {
"task": "把一条包含“你好”的 SSE 消息拆成逐个字节的 ReadableStream，验证解析函数仍得到完整中文和 done。",
"hint": "用 TextEncoder 生成字节，再通过 Response 包装本地 ReadableStream；这只是解析器实验，不是 API 网络测试。",
"answer": "构造文本 'event: token\\ndata: {\"text\":\"你好\"}\\n\\nevent: done\\ndata: {}\\n\\n'；对 TextEncoder().encode(text) 的每个字节调用 controller.enqueue(new Uint8Array([byte]))，最后 close。用 new Response(stream,{headers:{\"Content-Type\":\"text/event-stream\"}}) 传入 consumeSse，回调应只收到完整 token 和 done。"
},
"refs": [
{
"label": "MDN：EventSource",
"url": "https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/EventSource"
},
{
"label": "MDN：读取 ReadableStream",
"url": "https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Streams_API/Using_readable_streams"
},
{
"label": "MDN：TextDecoder.decode",
"url": "https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/TextDecoder/decode"
},
{
"label": "MDN：AbortController",
"url": "https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/AbortController"
}
],
"intro": {
"scenario": "终端已经能看到逐段进度，接下来把它显示到浏览器，并给用户一个“停止等待”的动作。先用浏览器现成接收器，再拆开看看手动读取为何不能每个网络块都当作完整事件。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 12 课，curl -N 直连 GET /stream 能收到三个 token 和 done。",
"保留第 11 课 PromptIn 与第 12 课 token_events、StreamingResponse 导入；本课仍编辑 api-lab/main.py。",
"在浏览器打开 http://127.0.0.1:8000/docs，按 F12 进入 Console；以下 JavaScript 均在这个页面执行，先避免跨来源干扰。"
],
"outcome": "在浏览器逐条读出清单进度，能中途取消，也能把清单名放进 POST 请求体后继续接收同样的流。"
}
},
{
"id": "14",
"group": "流式与实时通信",
"title": "建立第一条 WebSocket 双向连接",
"summary": "在浏览器建立一条连接，连续发送咨询与 ping，收到 echo 与 pong，然后关闭并重新连接。",
"objectives": [
"在服务端接受连接并循环收发消息",
"等待浏览器连接打开后再发送两种文本",
"主动关闭并核对浏览器与服务端的结束日志"
],
"concepts": [
{
"title": "先建立连接，再发送消息",
"body": "第 2 步等 open，第 3 步再 send；WebSocket 不使用 /docs 的 HTTP Execute。连接建立后可以连续收发多条消息。"
},
{
"title": "消息格式由双方约定",
"body": "本课发咨询文本收到 echo，发 ping 收到 pong。send_json 真正发送消息，return 字典不能代替 WebSocket 的发送动作。"
},
{
"title": "断开是要处理的正常出口",
"body": "第 4 步两端都看到关闭日志。WebSocketDisconnect 与 finally 让服务清理该连接资源，新建连接则重新开始一个生命周期。"
}
],
"steps": [
{
"title": "在 main.py 插入 /ws 路由",
"body": "把下方导入和 /ws 路由追加到 api-lab/main.py，保存并等待重载。保留 receive_text、send_json 与 finally 日志；不要把 send_json 改为 HTTP 路由式的 return 字典。",
"code": "from fastapi import WebSocket, WebSocketDisconnect\n\n@app.websocket(\"/ws\")\nasync def websocket_echo(websocket: WebSocket):\n await websocket.accept()\n try:\n while True:\n text = await websocket.receive_text()\n if text == \"ping\":\n await websocket.send_json({\"type\": \"pong\"})\n else:\n await websocket.send_json({\"type\": \"echo\", \"text\": text})\n except WebSocketDisconnect:\n pass\n finally:\n print(\"websocket closed\")",
"lang": "python",
"filename": "main.py",
"expected": "服务可正常启动；/ws 不会像普通 HTTP 操作那样出现 /docs 的 Execute 按钮，需从下一步浏览器代码连接。",
"explanation": "websocket.accept 接受连接，while True 等下一条文本，send_json 沿同一连接回发消息。收到 ping 时回 pong，其余文字回 echo；断开会抛出 WebSocketDisconnect，再进入 finally 清理。"
},
{
"title": "从浏览器建立连接",
"body": "在 http://127.0.0.1:8000/docs 的 Console 执行下面代码。打开 Network 的 WS 筛选，先等待“连接已打开”再继续下一步。",
"code": "{\n const socket = new WebSocket(\"ws://127.0.0.1:8000/ws\");\n window.echoSocket = socket;\n socket.onopen = () => console.log(\"连接已打开\");\n socket.onmessage = event => console.log(\"收到\", JSON.parse(event.data));\n socket.onerror = () => console.error(\"连接发生错误\");\n socket.onclose = event => console.log(\"已关闭\", event.code, event.reason);\n}",
"lang": "javascript",
"filename": "浏览器 Console",
"expected": "控制台出现“连接已打开”，Network 中有 /ws 连接；不会立即出现 echo，因为我们还没发业务消息。",
"explanation": "ws:// 表示 WebSocket 地址，浏览器从 CONNECTING 走到 OPEN 后才可发数据。open、message、close 分别表示连接可用、收到消息、连接结束，不是同一个阶段的不同文字。"
},
{
"title": "在 OPEN 状态发送两种消息",
"body": "在同一 Console 执行下面代码。查看控制台和 Network 中 /ws 的消息列表，分清发出方向与收到方向。",
"code": "if (echoSocket.readyState === WebSocket.OPEN) {\n echoSocket.send(\"这款陶瓷杯有多大？\");\n echoSocket.send(\"ping\");\n}",
"lang": "javascript",
"filename": "浏览器 Console",
"expected": "连续收到 {type:\"echo\",text:\"这款陶瓷杯有多大？\"} 与 {type:\"pong\"}；两次往返使用同一条 /ws 连接。",
"explanation": "客户端发的是文本，服务端回的是 JSON，所以 onmessage 需要 JSON.parse。readyState 检查确保连接可用；send 只将内容送入发送流程，实际收到 echo 才是对方已处理的证据。"
},
{
"title": "主动关闭并确认生命周期结束",
"body": "执行下方 close，再观察浏览器与服务终端。随后重新执行第 2 步建立新连接，等 open 后再次执行第 3 步；验收完关闭新连接。",
"code": "echoSocket.close(1000, \"lesson finished\");",
"lang": "javascript",
"filename": "浏览器 Console",
"expected": "浏览器打印已关闭及 1000，服务端打印 websocket closed；新建连接后可再次收发。旧的 echoSocket 一旦关闭便不能拿来继续发送。",
"explanation": "1000 表示正常关闭。关页、断网或主动关闭都属于连接生命周期，服务要处理这些常见出口。重连得到新连接，并不自动恢复旧连接的聊天内容或执行状态。"
}
],
"checks": [
"浏览器先收到 open，发送商品咨询后收到 {type:'echo',text:'这款陶瓷杯有多大？'}。",
"发送 ping 后收到 {type:'pong'}；同一连接可重复收发。",
"主动关闭后收到 close，服务端清理日志出现，重新连接仍正常。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "调用 send 报连接尚未建立",
"cause": "new WebSocket 返回时握手仍在进行。",
"fix": "在 open 回调中发送，或先检查 readyState === WebSocket.OPEN。"
},
{
"symptom": "浏览器无任何回复，路由却 return 了字典",
"cause": "WebSocket 消息不会像 HTTP 响应一样自动序列化返回。",
"fix": "在连接内 await websocket.send_json(...)。"
},
{
"symptom": "把 WebSocket 地址粘到普通地址栏后得到 404",
"cause": "使用 HTTP GET 测试了 WebSocket 端点，没有进行 WebSocket 握手。",
"fix": "通过浏览器 WebSocket API 或支持 WS 的客户端测试，使用 ws:// 地址。"
}
],
"exercise": {
"task": "增加一个文本命令 upper:hello，让服务端回复 {type:'upper',text:'HELLO'}，其他消息保持回显。",
"hint": "把 startswith('upper:') 分支放在默认 echo 分支之前。",
"answer": "在 echo 的 else 之前加入 elif text.startswith(\"upper:\"): await websocket.send_json({\"type\":\"upper\",\"text\":text.removeprefix(\"upper:\").upper()})。浏览器收到的 JSON type 应为 upper。"
},
"refs": [
{
"label": "FastAPI：WebSocket 收发与断开",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/advanced/websockets/"
},
{
"label": "MDN：编写 WebSocket 客户端",
"url": "https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/WebSockets_API/Writing_WebSocket_client_applications"
}
],
"intro": {
"scenario": "清单进度只需服务往浏览器推送；商品咨询则希望用户随时继续提问。现在保持一条连接，发送两种消息并观察回信，再主动关闭它。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 13 课，api-lab/main.py 服务在 8000，Uvicorn standard 依赖已安装。",
"在本地 /docs 打开浏览器 Console 与 Network，先让已有 SSE 完成或停止，便于观察新连接。",
"本课新增 /ws，只回显咨询文本，不做客服逻辑、身份认证或聊天保存。"
],
"outcome": "在浏览器建立一条连接，连续发送咨询与 ping，收到 echo 与 pong，然后关闭并重新连接。"
}
},
{
"id": "15",
"group": "流式与实时通信",
"title": "连接断开后：重连、心跳与取消",
"summary": "让断线后重试间隔逐渐变长，服务恢复后能重新收发，并在手动停止后取消所有后续连接尝试。",
"objectives": [
"用 ping/pong 检查连接是否仍能往返",
"在断开出口安排有上限的重试",
"执行正常、断线恢复、主动停止三组实验"
],
"concepts": [
{
"title": "重试必须有等待、上限和停止出口",
"body": "第 5 步观察了递增间隔、5 次上限和 stopWs 后无新请求。重试集中在 close 路径，避免 error 与 close 重复创建连接。"
},
{
"title": "心跳证明近期消息仍能往返",
"body": "第 4 步 Network 中的 ping/pong 是应用层普通消息；浏览器 API 不提供主动发送协议级 Ping 帧的方法。后台页面可能节流计时器，阈值要按使用场景调整。"
},
{
"title": "恢复连接不代表恢复业务",
"body": "第 5 步断线时未发送的文本不会自动补发。重连产生新 socket；可靠恢复需要单独的消息确认、编号和去重设计。"
}
],
"steps": [
{
"title": "先定义连接状态与定时器清理",
"body": "先执行 echoSocket.close() 关闭上一课连接，或刷新本地 /docs 页面。从 Console 执行下方状态变量与清理函数；本课各代码块按顺序执行，暂时不会建立新连接。",
"code": "let wsSocket = null;\nlet retryTimer = null;\nlet heartbeatTimer = null;\nlet pongTimer = null;\nlet wsStopped = true;\nlet retryCount = 0;\n\nfunction clearHeartbeat() {\n clearInterval(heartbeatTimer);\n clearTimeout(pongTimer);\n heartbeatTimer = null;\n pongTimer = null;\n}",
"lang": "javascript",
"filename": "浏览器 Console",
"expected": "控制台没有新 WS 请求；变量初始为停止状态，重复整块声明若报已定义，应刷新页面后重来。",
"explanation": "这些变量分别记录当前连接、计划中的重试、定时心跳与等待 pong 的计时器。集中保存它们，停止时才能逐一取消，而不是留下页面已经不需要的任务。"
},
{
"title": "加入应用层心跳",
"body": "继续在同一 Console 定义 startHeartbeat。先只定义，不手工调用；下一步会在连接打开时启动它，在收到 pong 时取消等待计时。",
"code": "function startHeartbeat(socket) {\n clearHeartbeat();\n heartbeatTimer = setInterval(() => {\n if (socket.readyState !== WebSocket.OPEN) return;\n socket.send(\"ping\");\n pongTimer = setTimeout(() => {\n socket.close(4000, \"heartbeat timeout\");\n }, 3000);\n }, 5000);\n}",
"lang": "javascript",
"filename": "浏览器 Console",
"expected": "函数定义完成但 Network 里仍没有周期 ping；心跳要等实际连接后才开始。",
"explanation": "每 5 秒发一次普通文本 ping，3 秒没有回复就关闭该连接。这里的间隔比等待回复时间长，同一时刻只等一个 pong；关闭动作统一交给后面的 close 处理器决定是否重试。"
},
{
"title": "把重连集中在 close 事件中",
"body": "定义下方 connectWs，逐处找到 onopen、onmessage、onerror、onclose。保持重试安排只在 onclose 中，先不额外手工调用 connectWs。",
"code": "function connectWs() {\n if (wsStopped) return;\n const socket = new WebSocket(\"ws://127.0.0.1:8000/ws\");\n wsSocket = socket;\n socket.onopen = () => {\n if (wsStopped || wsSocket !== socket) { socket.close(); return; }\n console.log(\"已连接\");\n startHeartbeat(socket);\n };\n socket.onmessage = event => {\n if (wsSocket !== socket) return;\n const message = JSON.parse(event.data);\n retryCount = 0;\n if (message.type === \"pong\") {\n clearTimeout(pongTimer);\n pongTimer = null;\n } else {\n console.log(\"收到\", message);\n }\n };\n socket.onerror = () => console.log(\"连接错误，等待 close\");\n socket.onclose = () => {\n if (wsSocket !== socket) return;\n clearHeartbeat();\n if (wsStopped) return;\n if (retryCount >= 5) {\n wsStopped = true;\n console.log(\"连续重试已达上限，请手动开始\");\n return;\n }\n const delay = Math.min(8000, 500 * 2 ** retryCount) + Math.random() * 200;\n retryCount += 1;\n console.log(`第 ${retryCount} 次重试，等待 ${Math.round(delay)}ms`);\n retryTimer = setTimeout(connectWs, delay);\n };\n}",
"lang": "javascript",
"filename": "浏览器 Console",
"expected": "函数中可见最多 5 次连续失败重试，等待依次约 0.5、1、2、4、8 秒并有小幅随机变化；定义本身不会连上服务。",
"explanation": "逐渐延长等待叫退避，随机量叫抖动，用来避免失败时不断密集重连。error 只记录，close 只安排一次重试，防止两个事件各创建一条连接；有效消息到来后才清零失败计数。"
},
{
"title": "实现开始、发送与停止",
"body": "执行下方开始、发送和停止函数以及最后的 startWs()。等“已连接”后调用 sendWs(\"陶瓷杯有多大？\")，保持窗口可见至少 6 秒，查看 WS 消息中的 ping/pong。",
"code": "function startWs() {\n if (!wsStopped) return;\n wsStopped = false;\n retryCount = 0;\n connectWs();\n}\nfunction sendWs(text) {\n if (wsSocket?.readyState !== WebSocket.OPEN) {\n console.log(\"尚未连接，本条消息未发送\");\n return;\n }\n wsSocket.send(text);\n}\nfunction stopWs() {\n wsStopped = true;\n clearTimeout(retryTimer);\n clearHeartbeat();\n wsSocket?.close(1000, \"user stopped\");\n wsSocket = null;\n console.log(\"已停止\");\n}\nwindow.addEventListener(\"pagehide\", stopWs);\nstartWs();",
"lang": "javascript",
"filename": "浏览器 Console",
"expected": "收到咨询 echo；约 5 秒后看到 ping 和 pong，连接仍保持。再次调用 startWs() 不会额外建立第二条连接。",
"explanation": "开始函数防止重复连接；发送前检查 OPEN，未连上时明确报告未发送。停止先设置 wsStopped，再取消全部计时器并关闭连接，因此随后触发 close 时也不会安排重试。"
},
{
"title": "执行三组失败实验",
"body": "先确认 sendWs(\"hello\") 能回显。停止 Uvicorn，观察两次重试间隔后尽快重启，待重连成功再发消息；若已达 5 次上限，手动 startWs()。再次停止服务，在下一次重试前执行 stopWs()，等待超过 9 秒并检查 WS 请求列表，最后重启服务供后课使用。",
"expected": "断线时显示逐渐延长的重试，恢复后新连接可收发；主动停止后超过 9 秒没有新增 WS。断线期间 sendWs 提示未发送，该文本不会在重连后突然出现。",
"explanation": "重连只恢复一条新通道，不恢复旧执行状态，也不自动补送业务消息。本课选择明确拒绝未连接时发送；若将来要求可靠补发，还需要消息编号、确认与服务端去重，不能只加一个重试计时器。"
}
],
"checks": [
"服务停止时重连间隔逐步增加，连续失败达到 5 次重试后停止。",
"服务恢复后能建立新连接并再次收到 echo，心跳 ping 对应 pong。",
"stopWs 后超过 9 秒没有新连接；未连接时调用 sendWs 不会排队重发。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "每次断线都会产生两条新连接",
"cause": "在 error 和 close 中分别启动重试，或开始按钮允许重复创建。",
"fix": "只在 close 调度重试；开始前检查当前是否已经运行。"
},
{
"symptom": "点停止后几秒钟又自动连上",
"cause": "只关闭 socket，没有取消已经安排的 setTimeout。",
"fix": "先设置主动停止标记，再清理重试、心跳和 pong 超时定时器。"
},
{
"symptom": "重连后重复执行了一条操作",
"cause": "客户端自动重发消息，但无法确定服务端在断开前是否已经执行。",
"fix": "本课不自动重发；需要重试业务操作时另行加入确认、操作编号与幂等处理。"
}
],
"exercise": {
"task": "把连续重试上限改为 3 次，并验证用户手动 startWs() 后可以开始新一轮连接。",
"hint": "更改重试边界，保留达到上限时 wsStopped=true，以及开始时 retryCount=0。",
"answer": "把 if (retryCount >= 5) 改为 >= 3。连续失败后控制台打印到达上限；随后调用 startWs() 重置次数并重新连接，若服务已恢复即可继续回显。"
},
"refs": [
{
"label": "MDN：WebSocket 客户端生命周期",
"url": "https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/WebSockets_API/Writing_WebSocket_client_applications"
},
{
"label": "MDN：WebSocket.close",
"url": "https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/WebSocket/close"
},
{
"label": "RFC 6455：异常关闭后的恢复建议",
"url": "https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6455#section-7.2.3"
}
],
"intro": {
"scenario": "咨询连接遇到网络中断后，页面应尝试恢复，但用户点“停止”后就不应继续连接。我们沿用上一课的回显服务，只补齐浏览器端的检测、等待重试与取消。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 14 课，main.py 的 /ws 能对 ping 返回 pong，对其他文本回 echo；本课不修改服务端路由。",
"在本地 /docs 的 Console 执行脚本，先关闭上一课 echoSocket；若要重做整课，刷新页面后从第 1 步开始，避免重复声明 let。",
"保留能停止和重启 Uvicorn 的终端；这些中断只针对本机练习服务。"
],
"outcome": "让断线后重试间隔逐渐变长，服务恢复后能重新收发，并在手动停止后取消所有后续连接尝试。"
}
},
{
"id": "16",
"group": "联调与验收",
"title": "把能运行的接口变成可重复验收的服务",
"summary": "用一条 pytest 命令自动核对商品生命周期、错误、校验值、SSE 与 WebSocket，再用真实网络确认逐段到达和浏览器行为。",
"objectives": [
"把手工验收的状态码与字段写成断言",
"通过返回的真实商品 id 串起创建到删除",
"分清进程内测试覆盖范围与仍需浏览器验证的行为"
],
"concepts": [
{
"title": "把观察写成具体断言",
"body": "第 2 步不是只检查创建没报错，而是跟踪 id、再次读取更新结果、确认 204 空体及删除后 404。这样的检查才能保护接口行为。"
},
{
"title": "TestClient 不是浏览器或真实网络",
"body": "第 1 步无需 Uvicorn 也能测试，with 仍会运行 lifespan；第 4 步验证事件内容，不能据此保证首段延迟或浏览器 CORS。"
},
{
"title": "不同结束方式分别验证",
"body": "本课自动检查 422、401、404、SSE done 与 WS 回信；第 5 步另行确认取消和断线停止。正常完成、主动取消和错误不能混为同一结果。"
}
],
"steps": [
{
"title": "建立测试客户端",
"body": "在 api-lab 新建 tests 目录和 tests/test_acceptance.py。先在已激活终端运行 python -m pip install pytest httpx，再把下方代码写入文件；第 2–4 步继续追加到同一个文件。先执行 python -m pytest -q tests/test_acceptance.py 检查第一条测试。",
"code": "import json\nfrom uuid import uuid4\nimport pytest\nfrom fastapi.testclient import TestClient\nfrom main import app\n\n@pytest.fixture\ndef client(monkeypatch):\n monkeypatch.setenv(\"DEMO_API_KEY\", \"classroom-key\")\n with TestClient(app) as test_client:\n yield test_client\n\ndef test_health(client):\n response = client.get(\"/health\")\n assert response.status_code == 200",
"lang": "python",
"filename": "tests/test_acceptance.py",
"expected": "目前看到 1 passed；若导入 main 失败，确认命令从 api-lab 根目录运行。测试不需要先在 8000 启动 Uvicorn。",
"explanation": "TestClient 在进程内调用 app，assert 检查真实响应状态；pytest.fixture 为每个测试提供客户端。with 会运行 lifespan，monkeypatch 只在测试期间设置 classroom-key，结束后恢复。"
},
{
"title": "验证创建、查询、更新与删除",
"body": "把下面生命周期测试追加到同一个文件，再执行相同 pytest 命令。保留从 POST 响应读取 id 的过程；PUT 明确提供 name、description、is_active、price_cents 四个可写字段。",
"code": "def test_product_lifecycle(client):\n name = f\"acceptance-{uuid4()}\"\n created = client.post(\"/products\", json={\"name\": name})\n assert created.status_code == 201\n product = created.json()\n product_id = product[\"id\"]\n assert product[\"description\"] == \"\"\n assert product[\"is_active\"] is False\n assert product[\"price_cents\"] == 0\n assert client.get(f\"/products/{product_id}\").json() == product\n\n listed = client.get(\"/products\", params={\"limit\": 100})\n assert listed.status_code == 200\n assert any(item[\"id\"] == product_id for item in listed.json())\n\n replacement = {\"name\": \"更新后\", \"description\": \"测试描述\", \"is_active\": True, \"price_cents\": 0}\n updated = client.put(f\"/products/{product_id}\", json=replacement)\n assert updated.status_code == 200\n assert updated.json() == {\"id\": product_id, **replacement}\n assert client.get(f\"/products/{product_id}\").json() == updated.json()\n\n deleted = client.delete(f\"/products/{product_id}\")\n assert deleted.status_code == 204\n assert deleted.content == b\"\"\n missing = client.get(f\"/products/{product_id}\")\n assert missing.status_code == 404\n assert missing.json()[\"error\"][\"code\"] == \"http_error\"",
"lang": "python",
"filename": "tests/test_acceptance.py",
"expected": "累计 2 passed；断言同时检查 201、默认字段、列表里出现编号、PUT 后再次读取一致、DELETE 空体和删除后的 404。",
"explanation": "每个测试用唯一名称创建自己的商品，避免依赖 id=1 或已有样本。断言检查后续可观察结果，而不只看请求未抛异常。DELETE 的 204 响应没有 JSON，所以检查 deleted.content 为空字节。"
},
{
"title": "验证输入错误与受保护接口",
"body": "继续追加输入校验与 API Key 测试，再运行同一命令。遇到失败时读失败行及 expected/actual，先与第 07、08 课接口约定对照。",
"code": "def test_validation(client):\n invalid = client.post(\"/products\", json={\"name\": \"\"})\n assert invalid.status_code == 422\n assert invalid.json()[\"error\"][\"code\"] == \"validation_error\"\n assert client.get(\"/slow\", params={\"delay\": -1}).status_code == 422\n\n\ndef test_api_key(client):\n assert client.get(\"/private\").status_code == 401\n wrong = client.get(\"/private\", headers={\"X-API-Key\": \"wrong-key\"})\n assert wrong.status_code == 401\n assert wrong.json()[\"error\"][\"code\"] == \"http_error\"\n valid = client.get(\"/private\", headers={\"X-API-Key\": \"classroom-key\"})\n assert valid.status_code == 200",
"lang": "python",
"filename": "tests/test_acceptance.py",
"expected": "累计 4 passed：空名称和负 delay 为 422，缺失/错误 Key 为 401，正确 Key 为 200；error.code 保持统一约定。",
"explanation": "成功路径通过还不够，错误路径也是服务行为的一部分。这里只有 /private 需要课堂 Key，商品接口仍按本地练习设计开放；测试把这两个边界分别检查。"
},
{
"title": "验证 SSE 内容和 WebSocket 来回消息",
"body": "把 SSE 与 WebSocket 测试追加到文件末尾，再次运行 pytest。若做过 stats 练习可保留它，但 done 必须最后出现；不要修改断言去容忍缺少完成事件。",
"code": "def test_stream_matches_complete_result(client):\n complete = client.post(\"/generate\", json={\"prompt\": \"catalog\"})\n assert complete.status_code == 200\n response = client.get(\"/stream\", params={\"prompt\": \"catalog\"})\n assert response.status_code == 200\n assert response.headers[\"content-type\"].startswith(\"text/event-stream\")\n events = []\n for block in response.text.replace(\"\\r\\n\", \"\\n\").strip().split(\"\\n\\n\"):\n fields = {}\n for line in block.split(\"\\n\"):\n name, value = line.split(\":\", 1)\n fields[name] = value.lstrip(\" \")\n events.append((fields[\"event\"], json.loads(fields[\"data\"])))\n assert [name for name, _ in events if name != \"stats\"] == [\"token\", \"token\", \"token\", \"done\"]\n text = \"\".join(data[\"text\"] for name, data in events if name == \"token\")\n assert text == complete.json()[\"text\"]\n assert events[-1] == (\"done\", {})\n\n\ndef test_websocket(client):\n with client.websocket_connect(\"/ws\") as socket:\n socket.send_text(\"hello\")\n assert socket.receive_json() == {\"type\": \"echo\", \"text\": \"hello\"}\n socket.send_text(\"ping\")\n assert socket.receive_json() == {\"type\": \"pong\"}",
"lang": "python",
"filename": "tests/test_acceptance.py",
"expected": "累计 6 passed；SSE 拼接的文本与 /generate 完整结果一致，主线是三个 token 后 done；WS 的 hello/echo 与 ping/pong 都匹配。",
"explanation": "这次 TestClient 收到有限 SSE 的完整内容后检查格式，不证明真实网络按 0.4 秒逐段到达。WebSocket 上下文结束时关闭连接；流要检查 done，不能只检查有几段文字。"
},
{
"title": "运行自动验收，再测真实网络",
"body": "最终运行 python -m pytest -q tests/test_acceptance.py。通过后启动一个 Uvicorn 进程，将下方 Python 保存为 api-lab/check_stream_timing.py，在另一个终端执行 python check_stream_timing.py。再按第 10、13、15 课分别复验 CORS、取消流与断线后主动停止。",
"code": "from time import perf_counter\nimport httpx\n\nwith httpx.Client(base_url=\"http://127.0.0.1:8000\", timeout=5.0) as client:\n started = perf_counter()\n with client.stream(\"GET\", \"/stream\", params={\"prompt\": \"catalog\"}) as response:\n response.raise_for_status()\n for line in response.iter_lines():\n if line.startswith(\"data:\"):\n print(f\"{perf_counter() - started:.2f}s {line}\", flush=True)",
"lang": "python",
"filename": "check_stream_timing.py",
"expected": "pytest 为 6 passed；真实计时脚本的 token data 通常约在 0.4、0.8、1.2 秒出现，done 紧随末段。浏览器三个场景也与各课预期一致；网络时间允许有合理开销。",
"explanation": "进程内测试适合快速检查状态和数据，真实 HTTPX 计时检查逐段到达，浏览器检查 CORS 与页面生命周期。三者覆盖不同层面，不能用一份通过结果代替所有体验验收。"
}
],
"checks": [
"自动测试覆盖健康检查、完整 CRUD、422 校验、401 认证、删除后 404、SSE 与 WebSocket，运行结果全部通过。",
"真实 HTTPX / curl 客户端在响应结束前接收到 token，浏览器停止读取后服务端执行清理。",
"允许来源的浏览器能够调用 API；未允许来源不能读取响应；WebSocket 主动停止后不再重连。"
],
"pitfalls": [
{
"symptom": "单个测试能过，整套测试偶尔失败",
"cause": "多个测试假定相同 id 或依赖前一个测试创建的数据。",
"fix": "每个测试自行创建记录，用返回 id 操作，并在生命周期测试中删除。"
},
{
"symptom": "测试里 app.state.http 不存在",
"cause": "没有通过 with TestClient(app) 启动 lifespan，或代码未正确注册 lifespan。",
"fix": "在 fixture 的上下文中创建客户端，并核对 FastAPI(lifespan=lifespan)。"
},
{
"symptom": "SSE 测试通过，网页仍一次显示全部内容",
"cause": "进程内测试只检查完整内容，没有经过浏览器、真实网络和中间服务。",
"fix": "用真实 Uvicorn 配合 httpx.stream / curl -N 观察时间，再检查浏览器读取与渲染。"
}
],
"exercise": {
"task": "增加一个测试：创建商品后，PUT 只发送 name 应返回 422，随后 GET 仍返回原来的完整内容。",
"hint": "输入不合法时不能发生部分更新；先保存创建响应，再比较读取结果。",
"answer": "创建商品并保存 product；使用 client.put(f'/products/{product[\"id\"]}', json={\"name\":\"修改\"})，断言 422；再次 GET 并断言等于 product，最后 DELETE 清理。这个测试同时检查完整替换约定和校验失败不写入的行为。"
},
"refs": [
{
"label": "FastAPI：TestClient 与 pytest",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/tutorial/testing/"
},
{
"label": "FastAPI：测试 lifespan",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/advanced/testing-events/"
},
{
"label": "FastAPI：测试 WebSocket",
"url": "https://fastapi.tiangolo.com/advanced/testing-websockets/"
},
{
"label": "pytest：fixtures",
"url": "https://docs.pytest.org/en/stable/how-to/fixtures.html"
},
{
"label": "pytest：临时环境变量",
"url": "https://docs.pytest.org/en/stable/how-to/monkeypatch.html"
},
{
"label": "HTTPX：流式响应",
"url": "https://www.python-httpx.org/quickstart/"
}
],
"intro": {
"scenario": "商品接口、清单进度和咨询连接都已经能手工演示。现在把重要观察写成每次都可执行的检查，防止以后改一处代码却悄悄破坏另一项功能。",
"startingPoint": [
"已完成 API 第 01–15 课，api-lab 中保留完整商品 CRUD、统一错误、/private、/slow、/generate、GET /stream 和 /ws。",
"确认 /slow 已恢复异步 sleep，/stream 有三个 token 与最后 done，手工停止实验已结束。",
"本课新增 tests/test_acceptance.py 和一个真实网络计时脚本；先用原 .venv 安装 pytest、httpx，再运行。"
],
"outcome": "用一条 pytest 命令自动核对商品生命周期、错误、校验值、SSE 与 WebSocket，再用真实网络确认逐段到达和浏览器行为。"
}
}
]