入门篇教学大纲

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施工中

Before Beginning

• 前置知识需求: CS61A, 或掌握至少一门编程语言（如 Python）的扎实基础，理解函数、类、简单数据结构（列表、字典、集合等）、递归等核心编程概念，畅通的网络环境，了解 Python 的基础写法，基本的英语阅读能力，提问的艺术，基础 CLI 操作

教学目标

• 快速上手：让学生在几小时内，从零开始搭建起一个功能完整的 CRUD (增删改查) API。
• 建立自信：通过 FastAPI 强大的自动文档和 SQLModel 的易用性，让学生感受到现代工具带来的便捷，消除对后端的畏难心理。
• 文档阅读: FastAPI 有着非常用户友好的文档，利用它来培养阅读文档的习惯。这也是本教程选择 SQLModel 而不是 SQLAlchemy 的原因之一
• 正确使用 AI: 不要让 Copilot 变成 Copybot
• 整个教程的每个模块会维护和精进同一个项目 (不与 Project 1 相同，教程项目更倾向于教学示范)
• 理解或掌握以下知识：

1. 路由函数 (Routing) 与 HTTP 方法 (GET, POST, PUT, DELETE)。
2. SQL, ORM 与数据库操作 (CRUD)。
3. API - 服务 - 数据 的基本三层架构模式。
4. 中间件 (Middleware) 的作用。
5. 基本的安全思想.
6. 基本的单元测试和集成测试概念和写法
7. 配置管理：学会分离开发，测试，生产环境
8. 学会现代部署：掌握使用 Docker 和 Docker Compose 对应用进行容器化部署的基本技能。
9. 学会阅读框架文档
10. 基本的 Git 团队协作能力

课程大纲

Lab 0

• 前后端的基本概念，后端是什么
• VSCode 配置，环境变量，Python 虚拟环境，PEP 规范和类型标注
• uv Python 环境管理
• Git 基本配置，Github
• ...

模块一: API 和 HTTP

• API 和 路由函数
• 路径参数和查询参数
• HTTP, GET 和 POST 方法
• 请求体和数据校验 (pydantic)
• API 文档 (展示 FastAPI 的自动生成的 Swagger 文档)
• ...
• 作业:
  • 阅读文档，找到如何使用 FastAPI 构造一个上传文件的接口.
  • 通过阅读文档，发现并解决 FastAPI 中路由函数先后定义产生的问题.
• 拓展阅读:
  • HTTP MDN, 图解 HTTP
  • RESTful API 和 WebSocket
  • API 测试工具
  • ...

模块二： 数据库

• SQL 语句：手动使用 SQL 来进行基础的查询和数据库操作
• ORM 与模型: ORM 概念，使用 SQLModel，定义第一个数据模型。
• 连接数据库：使用 SQLite 作为入门数据库，配置数据库连接。
• 实现 CRUD: 编写完整的增、删、改、查四个 API 接口。
• 数据库事务的概念和重要性 (ACID), SQLModel 的 session
• 索引设计
• 作业:
  • 提供一个复杂的数据库 ER 图，要求编写几个不同复杂度的 SQL 查询语句，覆盖连接 (JOIN), 分组 (GROUP BY), 子查询等。
  • 用 ORM 的关系预加载优化一个 N+1 查询问题.
• 拓展阅读:
  • SQL, NoSQL(MongoDB, Redis, Neo4j)
  • 索引，外键，多对多...
  • alembic 等数据库同步工具
  • ACID、CAP 和 BASE
  • 软删除
  • SQL 注入
  • ...

模块三： 代码的规范化

• 问题引入：当业务逻辑变复杂时，所有代码都写在路由函数里的坏处。
• 重构代码：引入三层架构思想，把先前的代码清晰分为 API 层，服务层，路由层.
• 如何避免过度设计
• 拓展阅读:
  • IoC 和 依赖注入
  • 22 种设计模式
  • SOLID 原则
  • 领域驱动设计
  • ...

模块四： 中间件

• 中间件基本概念
• 中间件一般应用场景
• 错误处理中间件 (统一错误响应格式)
• CORS 中间件
• 作业:
  • 编写一个简单的记录 API 日志的中间件，统计请求处理时长.
  • 实现自定义异常处理中间件
• 拓展阅读:
  • ...

模块五：基本的安全思想

• JWT Token
• passwd_hashed
• CORS
• 环境变量管理敏感信息
• 永远不要相信用户的输入
• ...
• 作业:
  • 实现一个完整的注册登陆流程，密码哈希存储
  • 利用中间件实现 API 的 Token 鉴权
  • ...
• 拓展阅读:
  • ...

模块六：交付你的第一个后端服务 (容器化)

• Docker 入门：讲解什么是 Docker, 它解决了什么问题.
• Dockerfile: 为 FastAPI 应用编写一个 Dockerfile
• Docker Compose
• 作业:
  • ...
• 拓展阅读:
  • 除了 Docker 以外的容器，Podman, container.d
  • CI/CD, Github Actions
  • ...

Project 1: 电子书商城

• 与前端组协调，后端小组与前端小组共同完成电子书商城项目.
• 要求:
  • 强制使用 Feature Branch 工作流
  • 编写有意义的 Commit Message
  • 团队成员之间需要进行 Code Review