一、前言

    使用 FastAPI 可以帮助我们更简单高效地部署 AI 交互业务。FastAPI 提供了快速构建 API 的能力,开发者可以轻松地定义模型需要的输入和输出格式,并编写好相应的业务逻辑。

    FastAPI 的异步高性能架构,可以有效支持大量并发的预测请求,为用户提供流畅的交互体验。此外,FastAPI 还提供了容器化部署能力,开发者可以轻松打包 AI 模型为 Docker 镜像,实现跨环境的部署和扩展。

    总之,使用 FastAPI 可以大大提高 AI 应用程序的开发效率和用户体验,为 AI 模型的部署和交互提供全方位的支持。

    基础入门：开源模型应用落地-FastAPI-助力模型交互-WebSocket篇（一），本篇学习如何接收认证参数以及处理断开连接

二、术语

2.1.FastAPI

    FastAPI 是一个用于构建 API 的现代、快速(高性能)的 Python Web 框架。它是基于标准 Python 类型注释的 ASGI (Asynchronous Server Gateway Interface) 框架。

FastAPI 具有以下主要特点:

  1. 快速: FastAPI 使用 ASGI 服务器和 Starlette 框架,在性能测试中表现出色。它可以与 Uvicorn 一起使用,提供非常高的性能。

  2. 简单: FastAPI 利用 Python 类型注释,使 API 定义变得简单且直观。开发人员只需要定义输入和输出模型,FastAPI 会自动生成 API 文档。

  3. 现代: FastAPI 支持 OpenAPI 标准,可以自动生成 API 文档和交互式文档。它还支持 JSON Schema 和数据验证。

  4. 全功能: FastAPI 提供了路由、依赖注入、数据验证、安全性、测试等功能,是一个功能齐全的 Web 框架。

  5. 可扩展: FastAPI 被设计为可扩展的。开发人员可以轻松地集成其他库和组件,如数据库、身份验证等。

2.2.WebSocket

    是一种计算机通信协议,它提供了在单个 TCP 连接上进行全双工通信的机制。它是 HTML5 一个重要的组成部分。

WebSocket 协议主要有以下特点:

  1. 全双工通信：WebSocket 允许客户端和服务器之间进行双向实时通信,即数据可以同时在两个方向上流动。这与传统的 HTTP 请求-响应模型不同,HTTP 中数据只能单向流动。

  2. 持久性连接：WebSocket 连接是一种持久性的连接,一旦建立就会一直保持,直到客户端或服务器主动关闭连接。这与 HTTP 的连接是短暂的不同。

  3. 低开销：相比 HTTP 请求-响应模型,WebSocket 在建立连接时需要较少的数据交换,因此网络开销较小。

  4. 实时性：由于 WebSocket 连接是持久性的,且数据可以双向流动,因此 WebSocket 非常适用于需要实时、低延迟数据交互的应用场景,如聊天应用、实时游戏、股票行情等。

三、前置条件

3.1. 创建虚拟环境&安装依赖

conda create -n fastapi_test python=3.10
conda activate fastapi_test
pip install fastapi websockets uvicorn

四、技术实现

4.1. 接收认证参数

    在使用 FastAPI 和 WebSocket 构建 API 接口时,存在一些安全风险需要注意，例如：身份验证和授权:确保API有适当的身份验证和授权机制,以防止未经授权的访问

服务端：

from typing import Annotated
from fastapi import (
    Depends,
    FastAPI,
    WebSocket,
    WebSocketException,
    status,
)
import uvicorn

app = FastAPI()

async def authenticate(
    websocket: WebSocket,
    userid: str,
    secret: str,
):
    if userid is None or secret is None:
        raise WebSocketException(code=status.WS_1008_POLICY_VIOLATION)

    print(f'userid: {userid},secret: {secret}')
    if '12345' == userid and 'xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx' == secret:
        return 'pass'
    else:
        return 'fail'



@app.websocket("/ws")
async def websocket_endpoint(*,websocket: WebSocket,userid: str,permission: Annotated[str, Depends(authenticate)],):
    await websocket.accept()
    while True:
        text = await websocket.receive_text()

        if 'fail' == permission:
            await websocket.send_text(
                f"authentication failed"
            )
        else:
            await websocket.send_text(f"receive message from: {userid}， text was: {text}")

if __name__ == '__main__':
    uvicorn.run(app, host='0.0.0.0',port=7777)

客户端：

<!DOCTYPE html>
<html>
    <head>
        <title>Chat</title>
    </head>
    <body>
        <h1>WebSocket Chat</h1>
        <form action="" onsubmit="sendMessage(event)">
            <label>USERID: <input type="text" id="userid" autocomplete="off" value="12345"/></label>
            <label>SECRET: <input type="text" id="secret" autocomplete="off" value="xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"/></label>
            <br/>
            <button onclick="connect(event)">Connect</button>
            <hr>
            <label>Message: <input type="text" id="messageText" autocomplete="off"/></label>
            <button>Send</button>
        </form>
        <ul id='messages'>
        </ul>
        <script>
            var ws = null;
            function connect(event) {
                var userid = document.getElementById("userid")
                var secret = document.getElementById("secret")
                ws = new WebSocket("ws://localhost:7777/ws?userid="+userid.value+"&secret=" + secret.value);
                ws.onmessage = function(event) {
                    var messages = document.getElementById('messages')
                    var message = document.createElement('li')
                    var content = document.createTextNode(event.data)
                    message.appendChild(content)
                    messages.appendChild(message)
                };
                event.preventDefault()
            }
            function sendMessage(event) {
                var input = document.getElementById("messageText")
                ws.send(input.value)
                input.value = ''
                event.preventDefault()
            }
        </script>
    </body>
</html>

调用结果：

输入正确的userid和secret

输入错误的userid和secret

4.2. 处理断开连接

在4.1.接收认证参数的代码基础上，进行修改

from typing import Annotated
from fastapi import (
    Depends,
    FastAPI,
    WebSocket,
    WebSocketException,
    WebSocketDisconnect,
    status,
)
import uvicorn


class ConnectionManager:
    def __init__(self):
        self.active_connections: list[WebSocket] = []

    async def connect(self, websocket: WebSocket):
        await websocket.accept()
        self.active_connections.append(websocket)

    def disconnect(self, websocket: WebSocket):
        self.active_connections.remove(websocket)

    async def send_personal_message(self, message: str, websocket: WebSocket):
        await websocket.send_text(message)

    async def broadcast(self, message: str):
        for connection in self.active_connections:
            await connection.send_text(message)

manager = ConnectionManager()

app = FastAPI()

async def authenticate(
    websocket: WebSocket,
    userid: str,
    secret: str,
):
    if userid is None or secret is None:
        raise WebSocketException(code=status.WS_1008_POLICY_VIOLATION)

    print(f'userid: {userid},secret: {secret}')
    if '12345' == userid and 'xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx' == secret:
        return 'pass'
    else:
        return 'fail'



@app.websocket("/ws")
async def websocket_endpoint(*,websocket: WebSocket,userid: str,permission: Annotated[str, Depends(authenticate)],):
    await manager.connect(websocket)
    try:
        while True:
            text = await websocket.receive_text()

            if 'fail' == permission:
                await manager.send_personal_message(
                    f"authentication failed", websocket
                )
            else:
                await manager.send_personal_message(f"receive message from: {userid}， text was: {text}", websocket)

    except WebSocketDisconnect:
        manager.disconnect(websocket)
        print(f"Client #{userid} left the chat")
        await manager.broadcast(f"Client #{userid} left the chat")

if __name__ == '__main__':
    uvicorn.run(app, host='0.0.0.0',port=7777)

调用结果：

1. 打开会话一：

2. 打开会话二：

3.关闭其中一个会话

五、附带说明

5.1. FastAPI框架中Depends关键字的作用

  1. 依赖管理：定义函数之间的依赖关系,将一个函数的输出作为另一个函数的输入。

  2. 授权和认证：检查用户的身份和权限,确保只有授权的用户才能访问特定的路由或执行特定的操作。

  3. 数据校验：对输入数据进行校验,确保输入数据满足特定的格式或约束条件。

  4. 依赖注入：实现依赖注入,将依赖项注入到函数中,而不是在函数内部创建依赖项。

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