fastapi教程（五）：中间件

一，什么是中间件

中间件是一种软件组件，它在请求到达应用程序处理程序之前和/或响应发送回客户端之前执行操作。

在这里插入图片描述

请求从客户端发出。
请求首先经过Middleware 1。
然后经过Middleware 2。
请求到达FastAPI路由处理器。
响应从路由处理器返回。
响应经过Middleware 2。
最后经过Middleware 1。
响应返回给客户端。

🌰：

import uvicorn
from fastapi import FastAPI, Request
from fastapi.responses import JSONResponseapp = FastAPI()@app.middleware("http")
async def simple_middleware(request: Request, call_next):# 在请求处理之前执行的代码print(f"Received request: {request.method} {request.url}")# 调用下一个中间件或路由处理器response = await call_next(request)# 在响应返回之前执行的代码：如果响应是JSONResponse，我们在响应头中添加一个自定义字段。if isinstance(response, JSONResponse):response.headers["X-Processed-By"] = "SimpleMiddleware"print(f"Processed response: {response.status_code}")return response@app.get("/")
async def root():return {"message": "Hello World"}if '__main__' == __name__:uvicorn.run(app, host='127.0.0.1', port=8088)

在这里插入图片描述

在FastAPI中，中间件在很多场景下都非常有用，比如：

  • 请求日志记录
  • 认证和授权
  • 响应修改
  • 性能监控
  • 跨域资源共享（CORS）处理

二，常用的中间件

（一）CORSMiddleware

1，同源策略与跨域资源共享

同源策略是一个重要的安全概念，由网页浏览器强制执行。它限制了一个源（origin，如果两个 URL 的协议、端口和主机都相同的话，则这两个 URL 是同源的）中加载的文档或脚本如何与来自另一个源的资源进行交互。

  • 定义：如果两个URL的协议、域名和端口都相同，则它们被认为是同源的。
  • 目的：防止恶意网站读取另一个网站的敏感数据。
  • 限制：脚本只能访问来自同一源的数据，不能直接访问不同源的资源。

例如：

  • https://example.com/page1 可以访问 https://example.com/page2
  • https://example.com 不能直接访问 https://api.example.com 或 http://example.com（不同协议）

CORS是一种机制，它使用额外的 HTTP 头来告诉浏览器让运行在一个源（domain）上的 Web 应用被准许访问来自不同源服务器上的指定的资源。

  • 目的：允许服务器声明哪些源可以访问它们的资源，从而放宽同源策略的限制。
  • 工作原理：服务器在响应中包含特定的 HTTP 头，告诉浏览器允许跨域请求。

关键的 CORS 头部：

  • Access-Control-Allow-Origin: 指定允许访问资源的源。
  • Access-Control-Allow-Methods: 指定允许的 HTTP 方法。
  • Access-Control-Allow-Headers: 指定允许的请求头。

在这里插入图片描述
同源策略和CORS看似矛盾，但实际上它们共同构成了web安全和功能性之间的平衡。为什么在有同源策略的情况下还需要CORS?

在这里插入图片描述

  1. Web的演变：

     - 早期Web：最初的Web主要由静态页面组成，不同源之间的交互很少。- 同源策略的引入：随着Web变得更加动态，同源策略被引入以防止潜在的跨站点脚本攻击（XSS）和数据窃取。- Web 2.0时代：随着AJAX的兴起，Web应用变得更加动态和交互式。- 现代Web：现在的Web充满了单页应用（SPAs）、微服务架构和复杂的API驱动的应用。

  2. 同源策略的局限性：

     - 虽然同源策略提供了重要的安全保护，但它也限制了合法的跨域请求。- 在现代Web应用中，前端和后端经常部署在不同的域上，或者一个应用需要访问多个不同域的API。

  3. CORS的必要性：

     - 业务需求：公司可能需要在多个子域或完全不同的域之间共享资源。- API经济：许多公司提供API服务，这些API需要被不同域的客户端访问。- 微服务架构：不同的服务可能部署在不同的域上，但需要相互通信。- 开发和测试：开发环境和生产环境可能使用不同的域。

  4. CORS如何平衡安全和功能：

     - 控制访问：CORS允许服务器明确指定哪些域可以访问其资源。- 细粒度控制：可以控制允许的HTTP方法、头部等。- 预检请求：对于非简单请求，CORS使用预检请求机制，增加了一层安全检查。- 保持同源策略：CORS并没有废除同源策略，而是提供了一种受控的方式来放宽限制。

  5. CORS的优势：

     - 安全性：虽然允许跨域请求，但CORS通过明确的服务器配置来维护安全性。- 灵活性：开发者可以构建更复杂、分布式的应用架构。- 标准化：CORS提供了一个标准化的方法来处理跨域请求，取代了之前的一些不安全或复杂的变通方法（如JSONP）。

  6. 实际应用场景：

     - 前后端分离：前端可能托管在CDN上，而后端API在不同的域。- 第三方服务集成：如嵌入地图、支付服务或社交媒体小工具。- 多环境部署：开发、测试和生产环境可能使用不同的域。

2，使用CORSMiddleware

以前后端分离项目为例。

在前端，本身不需要特别的 CORS 配置，因为 CORS 主要是由服务器端控制的。但是，你需要确保你的 API 请求使用了正确的 URL，例如：

import axios from 'axios';const api = axios.create({baseURL: 'http://localhost:8000',  // 你的 FastAPI 服务器地址
});// 使用方式
api.get('/some-endpoint').then(response => {console.log(response.data);
});

在 fastapi 中，需要配置 CORS 中间件来允许跨源请求：

from fastapi import FastAPI
from fastapi.middleware.cors import CORSMiddlewareapp = FastAPI()# 配置 CORS
app.add_middleware(CORSMiddleware,allow_origins=["http://localhost:8080"],  # 允许的源，这里假设你的前端应用运行在 8080 端口allow_credentials=True,allow_methods=["*"],  # 允许所有方法allow_headers=["*"],  # 允许所有头
)# 你的路由和其他代码...@app.get("/")
async def root():return {"message": "Hello World"}if __name__ == "__main__":import uvicornuvicorn.run(app, host="0.0.0.0", port=8000)

（二）GZipMiddleware

1，HTTP 响应压缩

自动压缩 HTTP 响应是一个优化技术，旨在减少传输的数据量，从而加快网页加载速度并减少带宽使用。这种方式尤其适用于文本内容，如 HTML、CSS、JavaScript 和 JSON。

1，确保 Web 服务器（如 Nginx 或 Apache）配置了 Gzip 或 Brotli 压缩。服务器会在发送响应前自动压缩响应数据。

  • 在 Nginx 中启用 Gzip 压缩：

    http {gzip on;gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;gzip_proxied any;gzip_min_length 1000;
}

  • 在 Apache 中启用 Gzip 压缩:

    <IfModule mod_deflate.c>AddOutputFilterByType DEFLATE text/html text/plain text/xml text/css application/json application/javascript text/javascript
</IfModule>

2，客户端支持：现代浏览器默认支持 Gzip 和 Brotli 压缩。在请求头中，浏览器会发送 Accept-Encoding 字段，指明支持的压缩算法：

Accept-Encoding: gzip, deflate, br

3，服务器响应：服务器检查 Accept-Encoding 字段，并使用适当的压缩算法对响应内容进行压缩，同时在响应头中添加 Content-Encoding 字段，指明使用的压缩算法：

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html
Content-Encoding: gzip
Content-Length: 512<compressed content>

4，客户端对数据进行解压以恢复原始内容。

2，使用 GZipMiddleware

import uvicorn
from fastapi import FastAPI
from fastapi.middleware.gzip import GZipMiddleware
from fastapi.responses import FileResponseapp = FastAPI()# 添加 GZip 中间件，在响应大小超过 100000 字节时才进行压缩
app.add_middleware(GZipMiddleware, minimum_size=100000)@app.get("/item/")
async def test():file_path = "02 部署前准备--配置Settings.py.mp4"# # 获取文件大小# import os# file_size = os.path.getsize(file_path)return FileResponse(file_path,media_type="video/mp4",filename=file_path,# headers={"Content-Length": str(file_size)})if '__main__' == __name__:uvicorn.run(app, host='127.0.0.1', port=8088)

在这里插入图片描述

（三）TrustedHostMiddleware

1，HTTP Host Header攻击

HTTP Host Header攻击是一种利用 HTTP 请求中 Host 头部的安全漏洞。这种攻击可能导致各种安全问题，包括但不限于网站重定向、缓存污染和密码重置漏洞。

HTTP Host header attacks
如何识别和利用HTTP Host头的漏洞

2，使用 TrustedHostMiddleware

Trusted Host Middleware 是一种安全机制，用于限制应用程序只接受来自特定主机或域名的请求。这是一个重要的安全特性。

工作原理：
- 检查请求头：中间件检查每个incoming请求的 Host 头。
- 比对允许列表：将 Host 头与预先配置的允许主机列表进行比对。
- 处理结果：如果 Host 头匹配允许列表中的一项，请求被允许通过；否则，请求被拒绝。

from fastapi import FastAPI
from starlette.middleware.trustedhost import TrustedHostMiddlewareapp = FastAPI()app.add_middleware(TrustedHostMiddleware, allowed_hosts=["example.com", "www.example.com"]
)

（四）更多中间件

Starlette 官档 - 中间件 ASGI
Awesome 列表

（六）一些有趣的自定义中间件

  1. 限流中间件：限制每个IP在特定时间窗口内的请求次数。
  2. 响应时间模拟中间件：、为每个请求添加随机延迟。用于测试前端应用对不同响应时间的处理能力。可以模拟真实世界的网络延迟，帮助发现潜在的超时问题。
  3. 请求ID中间件：为每个请求分配一个唯一的ID。方便跟踪和调试请求，特别是在分布式系统中。
  4. 响应内容修改中间件：修改JSON响应中的特定内容。可以用于统一处理某些响应，如敏感信息脱敏。
  5. 日志中间件：记录每个请求和响应的详细信息，对于调试和监控非常有用。
  6. 错误处理中间件：全局捕获异常并自定义错误响应。
  7. 安全头中间件：添加安全相关的 HTTP 头，提升应用安全性。
  8. 统计中间件：记录请求的统计信息，如请求数量、响应时间等。
  9. HTTP 缓存中间件：添加 HTTP 缓存头，提高页面加载速度。
  10. 请求重试中间件：在特定情况下对请求进行重试。
import asyncio
import logging
import random
import timeimport uvicorn
from fastapi import FastAPI, Request, Response
from fastapi.responses import JSONResponse
from starlette.middleware.base import BaseHTTPMiddlewareapp = FastAPI()# 1. 限流中间件
class RateLimitMiddleware(BaseHTTPMiddleware):def __init__(self, app, max_requests: int, time_window: int):super().__init__(app)self.max_requests = max_requestsself.time_window = time_windowself.request_counts = {}async def dispatch(self, request: Request, call_next):client_ip = request.client.hostcurrent_time = time.time()if client_ip in self.request_counts:if current_time - self.request_counts[client_ip]["timestamp"] > self.time_window:self.request_counts[client_ip] = {"count": 1, "timestamp": current_time}else:self.request_counts[client_ip]["count"] += 1if self.request_counts[client_ip]["count"] > self.max_requests:return JSONResponse(status_code=429, content={"error": "Too many requests"})else:self.request_counts[client_ip] = {"count": 1, "timestamp": current_time}return await call_next(request)# 2. 响应时间模拟中间件
class ResponseTimeSimulatorMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request: Request, call_next):# 模拟0.1秒到1秒的随机延迟delay = random.uniform(0.1, 1)await asyncio.sleep(delay)response = await call_next(request)response.headers["X-Simulated-Delay"] = f"{delay:.2f}s"return response# 3. 请求ID中间件
class RequestIDMiddleware(BaseHTTPMiddleware):def __init__(self, app):super().__init__(app)self.request_id_counter = 0async def dispatch(self, request: Request, call_next):self.request_id_counter += 1request_id = f"REQ-{self.request_id_counter:05d}"request.state.request_id = request_idresponse = await call_next(request)response.headers["X-Request-ID"] = request_idreturn response# 4. 响应内容修改中间件
class ResponseModifierMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request: Request, call_next):response = await call_next(request)if isinstance(response, JSONResponse):content = response.body.decode()modified_content = content.replace("example", "EXAMPLE")return Response(content=modified_content, status_code=response.status_code,headers=dict(response.headers), media_type=response.media_type)return responselogging.basicConfig(level=logging.INFO)
logger = logging.getLogger(__name__)# 5. 日志中间件
class LoggingMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request: Request, call_next):start_time = time.time()response = await call_next(request)process_time = time.time() - start_timelogger.info(f"Request: {request.method} {request.url} completed in {process_time:.4f}s")return response# 6. 错误处理中间件
class ErrorHandlingMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request: Request, call_next):try:response = await call_next(request)return responseexcept Exception as exc:return JSONResponse(content={"error": str(exc)}, status_code=500)# 7. 安全头中间件
class SecurityHeadersMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request, call_next):response = await call_next(request)response.headers["Content-Security-Policy"] = "default-src 'self'"response.headers["X-Content-Type-Options"] = "nosniff"response.headers["X-Frame-Options"] = "DENY"response.headers["X-XSS-Protection"] = "1; mode=block"return response# 8. 统计中间件
class StatsMiddleware(BaseHTTPMiddleware):def __init__(self, app):super().__init__(app)self.total_requests = 0self.total_time = 0.0async def dispatch(self, request: Request, call_next):start_time = time.time()response = await call_next(request)process_time = time.time() - start_timeself.total_requests += 1self.total_time += process_timeresponse.headers["X-Total-Requests"] = str(self.total_requests)response.headers["X-Total-Time"] = f"{self.total_time:.2f}s"response.headers["X-Process-Time"] = f"{process_time:.2f}s"return response# 9. HTTP 缓存中间件
class HTTPCacheMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request, call_next):response = await call_next(request)response.headers["Cache-Control"] = "public, max-age=3600"return response# 10. 请求重试中间件
class RetryMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request: Request, call_next):retries = 3for attempt in range(retries):response = await call_next(request)if response.status_code == 200:return responsetime.sleep(1)return response# 添加中间件到应用
app.add_middleware(RateLimitMiddleware, max_requests=5, time_window=60)
app.add_middleware(ResponseTimeSimulatorMiddleware)
app.add_middleware(RequestIDMiddleware)
app.add_middleware(ResponseModifierMiddleware)
app.add_middleware(LoggingMiddleware)
app.add_middleware(ErrorHandlingMiddleware)
app.add_middleware(SecurityHeadersMiddleware)@app.get("/")
async def root():return {"message": "This is an example response"}if '__main__' == __name__:uvicorn.run(app, host='127.0.0.1', port=8088)

三，使用中间件的注意事项

（一）顺序

中间件是按照添加的顺序依次执行的。顺序会影响请求和响应的处理流程，所以要注意中间件的添加顺序。

假设我们有两个中间件，一个是日志记录中间件，另一个是 GZip 压缩中间件。我们希望日志记录在请求处理之前和之后都能记录信息，而压缩应该在响应返回之前进行。

from fastapi import FastAPI, Request
from fastapi.middleware.gzip import GZipMiddleware
from starlette.middleware.base import BaseHTTPMiddleware
import time
import logginglogging.basicConfig(level=logging.INFO)
logger = logging.getLogger(__name__)class LoggingMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request: Request, call_next):start_time = time.time()logger.info(f"Request: {request.method} {request.url}")response = await call_next(request)process_time = time.time() - start_timelogger.info(f"Completed in {process_time:.4f}s")return responseapp = FastAPI()# 日志记录中间件在 GZip 中间件之前
app.add_middleware(LoggingMiddleware)
app.add_middleware(GZipMiddleware, minimum_size=1000)@app.get("/")
async def read_root():return {"message": "Hello, World!"}

资源管理：
- 中间件可能需要管理资源（如数据库连接）。
- 确保正确地打开和关闭资源，考虑使用上下文管理器。

异步操作：
- FastAPI支持异步操作，中间件也应该尽可能是异步的。
- 使用 async/await 语法，避免阻塞操作。

（二）性能

中间件会增加请求处理的开销，要避免添加过多不必要的中间件，尤其是在高并发场景下。

from fastapi import FastAPI, Request
from starlette.middleware.base import BaseHTTPMiddleware
import time
import logging
import oslogging.basicConfig(level=logging.INFO)
logger = logging.getLogger(__name__)class LoggingMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request: Request, call_next):start_time = time.time()logger.info(f"Request: {request.method} {request.url}")response = await call_next(request)process_time = time.time() - start_timelogger.info(f"Completed in {process_time:.4f}s")return responseapp = FastAPI()if os.getenv("ENV") == "development":app.add_middleware(LoggingMiddleware)@app.get("/")
async def read_root():return {"message": "Hello, World!"}

中间件会对每个请求都执行，如果包含耗时操作，会显著影响应用性能。
尽量保持中间件轻量，避免在中间件中执行耗时操作。如果必须，考虑异步操作或缓存策略。

（三）异常处理

中间件中处理的异常不会自动传递给 FastAPI 的全局异常处理器，需要在中间件中捕获并处理异常。

from fastapi import FastAPI, Request, HTTPException
from starlette.middleware.base import BaseHTTPMiddleware
from starlette.responses import JSONResponseclass ErrorHandlingMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request: Request, call_next):try:response = await call_next(request)return responseexcept HTTPException as exc:return JSONResponse(content={"error": exc.detail}, status_code=exc.status_code)except Exception as exc:return JSONResponse(content={"error": "Internal Server Error"}, status_code=500)app = FastAPI()
app.add_middleware(ErrorHandlingMiddleware)@app.get("/")
async def read_root():raise Exception("An unexpected error occurred")

中间件可以捕获和处理异常，但也可能掩盖重要的错误信息。
在捕获异常时，确保记录足够的信息用于调试。考虑只捕获特定类型的异常。

（四）状态共享

使用 request.state 可以在中间件和路由处理器之间共享状态信息。

from fastapi import FastAPI, Request
from starlette.middleware.base import BaseHTTPMiddlewareclass RequestIDMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request: Request, call_next):request.state.request_id = "unique-request-id"response = await call_next(request)response.headers["X-Request-ID"] = request.state.request_idreturn responseapp = FastAPI()
app.add_middleware(RequestIDMiddleware)@app.get("/")
async def read_root(request: Request):return {"request_id": request.state.request_id}

读取请求体：
- 读取请求体后，它就被消耗了，后续的处理（包括路由处理函数）将无法再次读取。
- 如果必须在中间件中读取请求体，考虑缓存它或者使用 request.stream() 来允许多次读取。

（五）响应修改

中间件可以修改响应对象，但需要确保不会破坏响应的结构和内容。

class ResponseModifierMiddleware(BaseHTTPMiddleware):async def dispatch(self, request: Request, call_next):response = await call_next(request)if isinstance(response, JSONResponse):response.content = {"modified": response.content}return response

修改响应可能会影响应用的预期行为，特别是当多个中间件都修改响应时。
谨慎修改响应，确保修改不会破坏响应的结构或语义。考虑使用装饰器而不是中间件来修改特定路由的响应。

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第一次链接仓库提交 and 有SSH公匙 第一步&#xff1a; git clone 远程仓库链接clone 远程已有仓库到本地 第二部&#xff1a; cd 文件夹 第三步&#xff1a; git checkout -b <your_branch_name> 创建分支 第四步&#xff1a; git add . 将目前目录下的所有文件…
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