産品特色
編輯推薦
★一本書掌握Python基礎及高效實踐方法
★全新Python框架版本的應用實踐指南
★作者多年Python項目實踐經驗傾囊分享
★中小示例、項目案例,一個都不能少
★提高開發效率,學得懂、練得會
內容簡介
也許你聽說過全棧工程師,他們善於設計係統架構,精通數據庫建模、通用網絡協議、後端並發處理、前端界麵設計,在學術研究或工程項目上能獨當一麵。通過對Python及其周邊Web框架的學習和實踐,你就可以成為這樣的全能型人纔。本書分為3部分:第1部分是基礎篇,帶領初學者實踐Python開發環境和掌握基本語法,同時對網絡協議、Web客戶端技術、數據庫建模編程等網絡編程基礎深入淺齣地進行學習;第2部分是框架篇,學習當前*流行的Python Web框架,即Django、Tornado、Flask和Twisted,達到對各種Python網絡技術融會貫通的目的;第3部分是實戰篇,分彆對4種框架進行項目實踐,利用其各自的特點開發適用於不同場景的網絡程序。本書內容精練、重點突齣、實例豐富、講解通俗,是廣大網絡應用設計和開發人員不可多得的一本參考書,同時非常適閤大中專院校師生學習和閱讀,也可作為高等院校計算機及相關培訓機構的教材。
作者簡介
劉長龍,復旦大學信息管理學士學位、上海交通大學計算機技術碩士學位,從事計算機軟件研發十餘年。對應用軟件開發有較廣泛深入瞭解,用C++、Python等技術主持負責過電信級實時計費係統、客戶管理係統、智能傢居、物聯網雲平颱的研究和設計開發工作。在不寫作的時候,業餘時間喜歡跑步和遊泳。
目錄
第1篇 打好Python基礎
第1章 Python基礎知識 2
1.1 Python綜述 3
1.1.1 瞭解Python的特性及版本 3
1.1.2 安裝Python 5
1.1.3 使用Python原生編輯器 7
1.1.4 使用Eclipse開發環境 9
1.1.5 Python編程入門――解決“斐波那契數列”問題 14
1.2 數據類型 16
1.2.1 Number類型 17
1.2.2 Sequence類型簇 20
1.2.3 String類型 22
1.2.4 Tuple類型 28
1.2.5 List類型 29
1.2.6 Set類型 30
1.2.7 Dictionary類型 33
1.3 流程控製 35
1.3.1 程序塊與作用域 35
1.3.2 判斷語句 36
1.3.3 循環語句 38
1.3.4 語句嵌套 41
1.4 函數 42
1.4.1 定義與使用 42
1.4.2 變長參數 44
1.4.3 匿名函數 46
1.5 異常 48
1.5.1 處理異常 48
1.5.2 自定義異常 50
1.6 麵嚮對象編程 51
1.6.1 什麼是麵嚮對象 52
1.6.2 類和對象 53
1.6.3 繼承 61
1.7 本章總結 64
第2章 Web編程之網絡基礎 65
2.1 TCP/IP網絡 66
2.1.1 計算機網絡綜述 66
2.1.2 TCP和UDP 70
2.1.3 C/S及B/S架構 73
2.2 HTTP 74
2.2.1 HTTP流程 75
2.2.2 HTTP消息結構 76
2.2.3 HTTP請求方法 80
2.2.4 基於HTTP的網站開發 80
2.3 Socket編程 82
2.3.1 Socket基礎 82
2.3.2 實戰演練:Socket TCP原語 83
2.3.3 實戰演練:Socket UDP原語 87
2.4 本章總結 88
第3章 客戶端的編程技術 89
3.1 HTML 90
3.1.1 HTML介紹 90
3.1.2 HTML基本標簽 93
3.1.3 HTML錶單 99
3.2 CSS 102
3.2.1 樣式聲明方式 103
3.2.2 CSS語法 104
3.2.3 基於CSS+DIV的頁麵布局 106
3.3 JavaScript 108
3.3.1 在HTML中嵌入JavaScript 108
3.3.2 JavaScript的基本語法 109
3.3.3 DOM及其讀寫 115
3.3.4 window對象 118
3.3.5 HTML事件處理 121
3.4 jQuery 124
3.4.1 使用jQuery 124
3.4.2 選擇器 125
3.4.3 行為 126
3.5 本章總結 130
第4章 數據庫及ORM 131
4.1 數據庫概念 131
4.1.1 Web開發中的數據庫 132
4.1.2 關係數據庫建模 134
4.2 關係數據庫編程 137
4.2.1 常用SQL語句 137
4.2.2 實戰演練:在Python中應用SQL 143
4.3 ORM編程 145
4.3.1 ORM理論基礎 145
4.3.2 Python ORM庫介紹 147
4.3.3 實戰演練:Peewee庫編程 148
4.4 本章總結 151
第2篇 詳解主流Python Web框架
第5章 Python網絡框架縱覽 154
5.1 網絡框架綜述 155
5.1.1 網絡框架及MVC架構 155
5.1.2 4種Python網絡框架:Django、Tornado、Flask、Twisted 156
5.2 開發環境準備 157
5.2.1 使用Python虛環境 157
5.2.2 Windows環境下的安裝 159
5.2.3 Linux環境下的安裝 162
5.2.4 easy_install與pip的使用 163
5.3 Web服務器 165
5.3.1 實戰演練1:WSGI接口 165
5.3.2 實戰演練2:Linux+Nginx+uWSGI配置 166
5.3.3 實戰演練3:建立安全的HTTPS網站 172
5.4 本章總結 174
第6章 企業級開發框架――Django 175
6.1 Django綜述 176
6.1.1 Django的特點及結構 176
6.1.2 安裝Django 177
6.2 實戰演練:開發Django站點 177
6.2.1 建立項目 177
6.2.2 建立應用 178
6.2.3 基本視圖 179
6.2.4 內置Web服務器 181
6.2.5 模型類 182
6.2.6 錶單視圖 185
6.2.7 使用管理界麵 188
6.3 Django模型層 190
6.3.1 基本操作 190
6.3.2 關係操作 198
6.3.3 麵嚮對象ORM 202
6.4 Django視圖層 205
6.4.1 URL映射 205
6.4.2 視圖函數 211
6.4.3 模闆語法 213
6.5 使用Django錶單 218
6.5.1 錶單綁定狀態 219
6.5.2 錶單數據驗證 219
6.5.3 檢查變更字段 222
6.6 個性化管理員站點 222
6.6.1 模型 222
6.6.2 模闆 225
6.6.3 站點 227
6.7 本章總結 229
第7章 高並發處理框架――Tornado 230
7.1 Tornado概述 231
7.1.1 Tornado介紹 231
7.1.2 安裝Tornado 232
7.2 異步及協程基礎 232
7.2.1 同步與異步I/O 233
7.2.2 Python關鍵字yield 234
7.2.3 協程 236
7.3 實戰演練:開發Tornado網站 239
7.3.1 網站結構 240
7.3.2 路由解析 241
7.3.3 RequestHandler 242
7.3.4 異步化及協程化 248
7.4 用戶身份驗證框架 250
7.4.1 安全Cookie機製 250
7.4.2 用戶身份認證 252
7.4.3 防止跨站攻擊 254
7.5 HTML5 WebSocket概念及應用 256
7.5.1 WebSocket概念 256
7.5.2 服務端編程 259
7.5.3 客戶端編程 261
7.6 Tornado網站部署 263
7.6.1 調試模式 264
7.6.2 靜態文件 265
7.6.3 運營期配置 267
7.7 本章總結 269
第8章 支持快速建站的框架――Flask 270
8.1 Flask綜述 271
8.1.1 Flask的特點 271
8.1.2 在Windows中的安裝 272
8.1.3 在Linux及Mac中的安裝 274
8.2 實戰演練:開發Flask站點 276
8.2.1 Hello World程序 276
8.2.2 模闆渲染 278
8.2.3 重定嚮和錯誤處理 280
8.3 路由詳解 281
8.3.1 帶變量的路由 281
8.3.2 HTTP方法綁定 283
8.3.3 路由地址反嚮生成 284
8.4 使用Context上下文 285
8.4.1 會話上下文 286
8.4.2 應用全局對象 287
8.4.3 請求上下文 289
8.4.4 迴調接入點 291
8.5 Jinja2模闆編程 292
8.5.1 Jinja2語法 293
8.5.2 使用過濾器 294
8.5.3 流程控製 297
8.5.4 模闆繼承 300
8.6 SQLAlchemy數據庫編程 303
8.6.1 SQLAlchemy入門 303
8.6.2 主流數據庫的連接方式 307
8.6.3 查詢條件設置 308
8.6.4 關係操作 311
8.6.5 級聯 315
8.7 WTForm錶單編程 321
8.7.1 定義錶單 321
8.7.2 顯示錶單 322
8.7.3 獲取錶單數據 324
8.8 本章總結 326
第9章 底層自定義協議網絡框架――Twisted 327
9.1 Twisted綜述 328
9.1.1 框架概況 328
9.1.2 安裝Twisted及周邊組件 328
9.2 實戰演練:開發TCP廣播係統 330
9.2.1 廣播服務器 330
9.2.2 廣播客戶端 332
9.3 UDP編程技術 335
9.3.1 實戰演練1:普通UDP 335
9.3.2 實戰演練2:Connected UDP 338
9.3.3 實戰演練3:組播技術 340
9.4 Twisted高級話題 341
9.4.1 延遲調用 341
9.4.2 使用多綫程 347
9.4.3 安全信道 349
9.5 本章總結 352
第3篇 實戰項目
第10章 實戰1:用Django+PostgreSQL開發移動Twitter 354
10.1 項目概覽 355
10.1.1 項目來源(GitHub) 355
10.1.2 安裝PostgreSQL數據庫並配置Python環境 356
10.1.3 項目結構 358
10.2 頁麵框架設計 360
10.2.1 基模闆文件 360
10.2.2 手機大小自適應(jQuery技術) 363
10.2.3 文本國際化 364
10.2.4 網站頁麵一覽 367
10.3 用戶注冊及登錄 368
10.3.1 頁麵設計 368
10.3.2 模型層 370
10.3.3 視圖設計 371
10.4 手機消息的發布和瀏覽 376
10.4.1 頁麵設計 376
10.4.2 模型層 381
10.4.3 視圖設計 382
10.5 社交朋友圈 385
10.5.1 頁麵設計 385
10.5.2 模型層 387
10.5.3 視圖設計 388
10.6 個人資料配置 392
10.6.1 頁麵設計 392
10.6.2 圖片上傳(第三方庫PIL) 394
10.7 Web管理站點 397
10.7.1 定義可管理對象 397
10.7.2 配置管理員 398
10.7.3 使用管理站點 398
10.8 本章總結 400
第11章 實戰2:用Tornado+jQuery開發WebSocket聊天室 401
11.1 聊天室概覽 402
11.1.1 項目介紹 402
11.1.2 安裝和代碼結構 403
11.2 消息通信 404
11.2.1 建立網站 404
11.2.2 WebSocket服務器 407
11.2.3 WebSocket客戶端 408
11.3 聊天功能 411
11.3.1 昵稱 411
11.3.2 消息來源 413
11.3.3 曆史消息緩存 415
11.4 用戶麵闆 416
11.4.1 用CSS定義用戶列錶 416
11.4.2 服務器通知 418
11.4.3 響應服務器動態通知(jQuery動態編程) 419
11.5 本章總結 420
第12章 實戰3:用Flask+Bootstrap+Restful開發學校管理係統 421
12.1 係統概覽 422
12.1.1 來源及功能 422
12.1.2 項目安裝 423
12.1.3 代碼結構 425
12.2 數據模型設計 427
12.2.1 E-R圖設計 427
12.2.2 SQLAlchemy建模 429
12.3 響應式頁麵框架設計 435
12.3.1 基模闆組件引用 435
12.3.2 響應式導航 439
12.4 新建學校 441
12.4.1 WTForm錶單 441
12.4.2 視圖及文件上傳 443
12.4.3 響應式布局 445
12.5 學校管理 447
12.5.1 查詢視圖 447
12.5.2 分頁模闆 450
12.6 Restful接口 453
12.6.1 Restful概念 453
12.6.2 Restless插件 454
12.6.3 開發Restful接口 457
12.7 本章總結 461
第13章 實戰4:用Twisted+SQLAlchemy+ZeroMQ開發跨平颱物聯網消息網關 463
13.1 項目概況 464
13.1.1 功能定義 464
13.1.2 安裝和測試 465
13.1.3 項目結構 468
13.2 項目設計 469
13.2.1 SQLAlchmey建模 469
13.2.2 TCP接口設計 474
13.3 通信引擎 476
13.3.1 跨平颱安全端口 477
13.3.2 管理連接 478
13.3.3 收發數據 479
13.3.4 TCP流式分包 482
13.3.5 異步執行 484
13.4 協議編程 486
13.4.1 執行命令 486
13.4.2 struct解析字節流 489
13.4.3 序列號生成 490
13.4.4 連接保持 491
13.4.5 發送Response 492
13.4.6 錯誤機製 494
13.5 ZeroMQ集群 496
13.5.1 內部接口設計 496
13.5.2 PUB/SUB通信模型編程 498
13.6 本章總結 499
精彩書摘
5.1 網絡框架綜述
本節學習Python網絡框架的概念和開發方法,然後瞭解Web經典架構MVC的原理和作用。
5.1.1 網絡框架及MVC架構
所謂網絡框架是指這樣的一組Python包,它能夠使開發者專注於網站應用業務邏輯的開發,而無須處理網絡應用底層的協議、綫程、進程等方麵。這樣能大大提高開發者的工作效率,同時提高網絡應用程序的質量。
在目前Python語言的幾十個開發框架中,幾乎所有的全棧網絡框架都強製或引導開發者使用MVC架構開發Web應用。所謂全棧網絡框架,是指除瞭封裝網絡和綫程操作,還提供HTTP棧、數據庫讀寫管理、HTML模闆引擎等一係列功能的網絡框架。本書重點講解的Django、Tornado和Flask是全棧網絡框架的典型標杆;而Twisted更專注於網絡底層的高性能封裝而不提供HTML模闆引擎等界麵功能,所以不能稱之為全棧框架。
MVC(Model-View-Controller)模式最早由Trygve Reenskaug在1978年提齣,在20世紀80年代是程序語言Smalltalk的一種內部架構。後來MVC被其他語言所藉鑒,成為瞭軟件工程中的一種軟件架構模式。MVC把Web應用係統分為3個基本部分。
? 模型(Model):用於封裝與應用程序的業務邏輯相關的數據及對數據的處理方法,是Web應用程序中用於處理應用程序的數據邏輯的部分,Model隻提供功能性的接口,通過這些接口可以獲取Model的所有功能。Model不依賴於View和Controller,它們可以在任何時候調用Model訪問數據。有些Model還提供瞭事件通知機製,為在其上注冊過的View或Controller提供實時的數據更新。
? 視圖(View):負責數據的顯示和呈現,View是對用戶的直接輸齣。MVC中的一個Model通常為多個View提供服務。為瞭獲取Model的實時更新數據,View應該盡早地注冊到Model中。
? 控製器(Controller):負責從用戶端收集用戶的輸入,可以看成提供View的反嚮功能。當用戶的輸入導緻View發生變化時,這種變化必須是通過Model反映給View的。在MVC架構下,Controller一般不能與View直接通信,這樣提高瞭業務數據的一緻性,即以Model作為數據中心。
這3個基本部分互相分離,使得在改進和升級界麵及用戶交互流程時,不需要重寫業務邏輯及數據訪問代碼。MVC架構如圖5.1所示。
圖5.1 MVC架構圖
注意:MVC在除Python外的其他語言中也有廣泛應用,例如VC++的MFC、Java的Structs及Spring、C#的.NET開發框架,讀者應該有深刻的體會。
5.1.2 4種Python網絡框架:Django、Tornado、Flask、Twisted
Python作為最主要的互聯網語言,在其發展的二十多年中齣現瞭數十種網絡框架,例如Django、Flask、Twisted、Bottle、Web.py等,它們有的曆史悠久,有的蓬勃發展,而有的已被停止維護,如何對其進行取捨常常使得初學者猶豫不決。本書帶領讀者學習當今主流的4種Python網絡框架。
1.Django
Django發布於2003年,是當前Python世界裏最負盛名且最成熟的網絡框架。最初用來製作在綫新聞的Web站點,目前已發展為應用最廣泛的Python網絡框架。
Django的各模塊之間結閤得比較緊密,所以在功能強大的同時又是一個相對封閉的係統,但是其健全的在綫文檔及開發社區,使開發者在遇到問題時能找到解決方法。
2.Tornado
Tornado是一個強大的、支持協程、高效並發且可擴展的Web服務器,發布於2009年9月,應用於FriendFeed、Facebook等社交網站。Tornado的強項在於可以利用它的異步協程機製開發高並發的服務器係統。
3.Flask
Flask是Python Web框架族裏比較年輕的一個,發布於2010年,這使得它吸收瞭其他框架的優點並且把自己的主要領域定義在瞭微小項目上。
4.Twisted
Twisted是一個有著十多年曆史的開源事件驅動框架。Twisted不像前3種著眼於網絡HTTP應用開發,而是適用於從傳輸層到自定義應用協議的所有類型的網絡程序的開發,並能在不同的操作係統上提供很高的運行效率。
說明:目前Twisted對Python 3的支持比較有限,所以用Twisted開發的應用建議使用Python 2.7版本。
……
前言/序言
有些人想學Python,卻不知如何下手;有些人已經學會Python的基本語法,卻不知如何使用Python進行網站設計和開發;有些人實踐過個彆Python網絡框架,卻因為Python框架過多而無法融會貫通:本書就是為他們準備的一本指南。正所謂知識來源於實踐,本書嚴格遵守這一原則,對每個知識點都進行瞭示例分析,並在第3篇精選瞭4個不同應用場景的網絡項目,幫助讀者真正掌握和運用Python及其周邊框架。
為什麼要讀這本書
如果你不知道本書能否幫到你,或者你不知道是否要選擇本書,那麼請先想想在平時的學習或工作中是否遇到過這些問題:
有一個很好的設計網站的想法,想用Python實現卻無從著手;
剛學習瞭編程語言的if、for、while等各種語法,卻不知道利用編程語言到底能做些什麼;
精通C、C++等後颱編程語言,卻跟不上互聯網蓬勃發展的新技術;
學瞭美工畫圖、網頁設計,卻不懂數據庫和網站搭建;
覺得Django、Tornado、Flask、Twisted這些框架的在綫資料過於晦澀難懂;
知道各種Python Web框架,卻不知道自己的項目適閤哪一種;
學過W3CSchool中的Python課程,卻不知道如何使用框架提高開發效率;
會開發網站程序,卻不知道如何集成Nginx等Web服務器;
聽說過SSL,讓自己的網站支持HTTPS/SSL卻力不從心;
學過網絡編程,卻還是不知道IPv6和IPv4的區彆;
會網絡數據庫開發,卻分不清楚PostgreSQL、SQLite、Oracle、MySQL、SQL Server的區彆;
糾結於高網絡流量時使用什麼框架開發網站最好。
如果這其中有些是你正在睏惑的地方,那麼本書也許能幫到你;如果通過學習本書能幫你解決實際問題,那麼筆者也就實現瞭寫作本書的目標。
本書的編寫特點
1.零基礎要求
在學習本書之前不需要具備任何計算機專業背景,任何有誌於Python及Web站點設計的讀者都能利用本書從頭學起。本書在基礎和實踐部分都有大量實例,代碼短小精練,緊扣所講要點的本質,以加深讀者的印象;同時結閤筆者多年使用Python語言的開發經驗,闡述瞭很多代碼編寫技巧,讀者可將代碼復製到自己的機器上進行實驗,自行實踐和演練。
2.閤理的章節安排
本書首先講解瞭Python編程語言、網絡和數據庫基礎知識、前端頁麵基礎等知識點,然後詳細講解瞭Django、Tornado、Flask、Twisted這4大主流的Python Web開發框架,最後通過項目實踐幫助讀者綜閤運用之前學到的知識。
3.最新的框架版本
主流Python Web框架都是開源軟件,並且仍隨著計算機軟硬件的進步處於不斷發展中,所以使用Python框架的開發者必須緊跟最新的框架版本!本書講解的4個Web框架都基於最新的框架版本,使得讀者能馬上將其運用在當前開發環境中。這是一本內容新穎、全麵的Python Web框架應用實戰教材。
4.內容全麵
本書使得Python開發者不再局限於某個Web框架,一起學習這些框架有助於在學習的過程中舉一反三、融會貫通。讀者學完本書後可以成為Python Web編程方麵的集大成者,對不同網絡應用場景的設計和開發都能做到得心應手。
5.中小示例、項目案例,一個都不能少
根據作者多年的項目經驗,本書通過將典型的示例與知識點加以整閤,讓讀者對每章的知識點都有整體把握。最後4章介紹的項目案例不僅可以讓讀者在實際應用中更加熟練地掌握前麵講到的知識點,更能讓讀者瞭解前端開發中由輪廓到細節的完整實現流程。
本書以Python Web實戰為主,所有代碼均通過筆者上機調試,力求讀者能學得懂、練得會。
本書的內容安排
本書共3篇13章,內容覆蓋編程基礎、Web框架詳解及開發實戰。
第1篇(第1~4章)打好Python基礎
係統學習Python編程語言,並且掌握進行網絡開發必備的網絡基礎、數據庫設計、HTML、CSS、JavaScript等知識。本篇不僅適閤新手學習,對有經驗的開發者同樣適用。
第2篇(第5~9章)詳解主流Python Web框架
詳細講述瞭Django、Tornado、Flask、Twisted這4大主流Python Web框架的開發方法,在其中穿插學習Python虛環境、Nginx服務器、SQLAlchemy、HTML模闆、HTML5 WebSocket等通用組件和技術。站在框架這個巨人的肩膀上,我們不僅可以提高開發效率,還可以實現多人協同、風格統一。
第3篇(第10~13章)實戰項目
分彆應用4大主流框架實踐開發不同類型的網站項目應用,模擬場景覆蓋社交網站、聊天室、信息管理係統、物聯網消息網關等各個方麵,在其中還加入瞭JavaScript、CSS、jQuery、Bootstrap等前端關鍵技術的應用,使得讀者通過深入淺齣的學習和實踐成為全能開發者。
筆者按照自身近20年的學習和開發經驗編排瞭本書的章節順序,所以推薦按順序從第1章學習到第13章,尤其不能遺漏第1篇基礎部分的內容。時間特彆緊迫或者隻想精通個彆Python Web框架的讀者,也可以在閱讀第1篇後直接閱讀所需框架在第2篇和第3篇中的相應部分。
本書知識點圖
本書麵對的讀者
Python編程技術愛好者
Django、Tornado、Flask、Twisted項目參與者
網站設計人員
網站開發人員
網站後颱開發人員
Web前端開發入門者
想由網頁設計拓展為後颱開發的設計者
由單機軟件開發轉嚮Web開發的技術人員
全棧開發人員
大中專院校的學生及各種IT培訓學校的學生
希望自己動手設計站點原型的需求分析人員
編者推薦
本書的寫作目的是確保讀者能運用一些工具、框架、已有代碼來提高開發效率和節約人力成本,確保讀者能活學活用本書所講解的內容。通過閱讀本書,讀者能知道如何設計一個網站、如何選擇Python Web框架,以及如何快速使用框架進行應用開發。全書包含大量的實戰案例和開發技巧,總結瞭使用Python進行Web開發時的優秀實踐(Django、Tornado、Flask、Twisted、SQLAlchemy、Nginx、JavaScript、jQuery),討論瞭各種實際問題的解決方案,是目前市場上全麵實踐Python Web開發的書籍。
緻謝
筆者要把本書獻給筆者的父母、嶽父、嶽母、妻子和孩子,感謝他們一直鼓勵筆者,沒有他們的支持,筆者無法做到這一切;還要感謝筆者的朋友和同事,感謝他們對筆者不斷地鼓勵和幫助。筆者非常幸運,能夠和這些聰明、投入的人一起工作和交流。
Python 進階之路:精通並發、網絡與數據處理 本書並非直接介紹 Django、Tornado、Flask 或 Twisted 這幾個具體框架的應用,而是將目光投嚮瞭 Python 語言更深層次的強大能力,以及如何在復雜的應用場景中發揮其極緻的效能。我們旨在為讀者構建一套紮實的底層知識體係,讓您在麵對各種開發挑戰時,能夠從容不迫,遊刃有餘。 第一部分:Python 核心機製與高效編碼 理解 Python 的執行模型: CPython 的內部機製: 深入剖析 CPython 解釋器的 GIL(全局解釋器鎖)是如何工作的,理解其對多綫程並發的影響,並學習如何規避 GIL 的限製,實現真正的並行處理。我們將探討不同場景下,多進程、多綫程和協程的適用性,以及如何根據實際需求選擇最閤適的並發模型。 內存管理與垃圾迴收: 瞭解 Python 的引用計數機製和分代垃圾迴收策略,學習如何優化內存使用,避免內存泄漏。我們將分析不同數據結構的內存占用,以及如何編寫更節省內存的代碼。 對象模型與元編程: 探索 Python 的動態特性,理解類、實例、繼承、多態等麵嚮對象的核心概念。深入學習描述符、元類等高級特性,掌握如何構建高度靈活和可定製的代碼,實現代碼的自省和元編程。 編寫高性能 Python 代碼: 算法與數據結構優化: 迴顧並深入理解各種常見算法(如排序、查找、圖算法)的時間和空間復雜度,並學習如何在 Python 中高效實現它們。重點講解 Python 中內置和第三方庫提供的優化數據結構(如 `collections` 模塊中的 `deque`、`Counter` 等),以及何時選用它們。 性能剖析與調優: 掌握使用 `cProfile`、`timeit` 等工具進行代碼性能剖析的方法,找齣性能瓶頸。學習如何根據剖析結果進行針對性優化,例如,通過算法改進、減少不必要的計算、優化 I/O 操作等。 Cython 與 C 擴展: 介紹如何利用 Cython 將 Python 代碼編譯成 C 代碼,從而獲得接近 C 語言的執行速度。講解如何編寫 C 擴展,將計算密集型任務用 C 實現,並在 Python 中調用,實現性能飛躍。 JIT 編譯器(如 Numba): 探討 JIT(Just-In-Time)編譯器的概念,並介紹 Numba 庫如何通過即時編譯 Python 代碼(特彆是 NumPy 操作)來顯著提升性能,尤其適用於科學計算和數值分析場景。 第二部分:構建高效的並發與網絡服務 深入異步編程模型: 協程(Coroutines)的本質: 詳細講解 Python 3.5+ 引入的 `async`/`await` 語法糖背後,協程的工作原理。理解協程如何通過事件循環(Event Loop)實現非阻塞的 I/O 操作,以及它與傳統多綫程模型的區彆與優勢。 事件驅動架構: 闡述事件驅動編程的理念,以及如何在 Python 中構建基於事件循環的應用程序。理解迴調函數、任務(Task)、 Future 對象等核心概念。 並發模式的比較與選擇: 詳細對比多綫程、多進程和協程在不同場景下的適用性。分析它們的優缺點、資源消耗、通信方式以及在 CPU 密集型和 I/O 密集型任務中的錶現。 網絡編程的底層原理: Socket 編程精要: 迴顧 TCP/IP 協議棧的基本原理,並從底層開始學習 Python 的 `socket` 模塊,理解套接字(Socket)的創建、綁定、監聽、連接、發送和接收數據等過程。 非阻塞 I/O 與多路復用: 深入理解非阻塞 I/O 模型,以及 `select`、`poll`、`epoll`(在 Linux 係統中)等 I/O 多路復用技術的工作原理。學習如何利用它們實現高效的網絡服務器,同時處理大量客戶端連接。 網絡協議的實現: 講解如何利用 Python 實現常見的網絡協議,如 HTTP(從頭開始理解請求/響應流程)、FTP、SMTP 等。理解協議的設計模式,以及如何解析和生成協議數據。 構建高性能網絡應用: 進程間通信(IPC)與綫程間通信: 深入研究 Python 中實現進程間通信(如 `multiprocessing` 模塊中的 `Queue`、`Pipe`)和綫程間通信(如 `threading` 模塊中的 `Lock`、`Event`、`Condition`)的各種機製。學習如何設計安全、高效的並發通信模式。 分布式係統基礎: 介紹分布式係統中的一些基本概念,如一緻性哈希、消息隊列(MQ)、服務發現等。探討在 Python 中構建分布式應用時可能遇到的挑戰和解決方案。 第三部分:高級數據處理與係統級應用 高效的數據處理與分析: NumPy 與 Pandas: 深入掌握 NumPy 的 N 維數組對象,學習其嚮量化操作的強大能力,理解其在數值計算中的核心地位。精通 Pandas 的 DataFrame 和 Series,學習如何進行高效的數據清洗、轉換、分析和可視化。 內存映射文件與大數據處理: 探討當數據量超齣內存限製時,如何利用內存映射文件(如 `mmap` 模塊)或分塊讀寫技術來處理大規模數據集,避免內存溢齣。 數據庫交互優化: 學習如何使用 ORM(對象關係映射)工具(如 SQLAlchemy 的核心部分,而非特定框架集成)進行高效的數據庫操作。理解 SQL 優化技巧,以及如何編寫高效的數據庫查詢語句。 與操作係統交互: 文件係統操作與管理: 深入學習 Python 的 `os` 和 `pathlib` 模塊,掌握文件和目錄的創建、刪除、復製、移動、權限管理等操作。 進程管理與係統監控: 學習如何使用 `subprocess` 模塊創建和管理子進程,執行外部命令。探討如何編寫腳本來監控係統資源(CPU、內存、磁盤I/O),並進行自動化管理。 信號處理與進程間協作: 理解 Unix/Linux 信號的概念,以及如何在 Python 中處理信號,實現進程間的優雅通信和控製。 綫程與進程的調度: 探討操作係統中的綫程和進程調度策略,理解它們如何影響程序的執行效率,以及在 Python 中如何進行有限度的乾預。 安全與加密基礎: 常用加密算法簡介: 介紹對稱加密(如 AES)、非對稱加密(如 RSA)和哈希算法(如 SHA-256)的基本原理。 Python 的加密庫: 學習如何使用 Python 的 `cryptography` 等庫進行數據加密、解密、數字簽名等操作,為應用程序提供基礎的安全保障。 安全編碼實踐: 強調在開發過程中遵循安全編碼原則,避免常見的安全漏洞,如 SQL 注入、跨站腳本(XSS)等。 本書特色: 注重底層原理: 我們不會止步於框架的使用,而是深入剖析其背後的技術原理,讓讀者真正理解“為什麼”這樣做。 實戰導嚮: 通過一係列精心設計的示例代碼和案例分析,將理論知識轉化為實際能力。 解決實際痛點: 針對 Python 開發中常見的性能瓶頸、並發難題、大規模數據處理等問題,提供切實可行的解決方案。 構建堅實基礎: 為讀者打下紮實的 Python 編程基礎,使其能夠輕鬆學習和掌握任何新的框架或技術。 通過本書的學習,您將能夠深刻理解 Python 的運行機製,掌握構建高性能、高並發、可擴展係統的關鍵技術,從而在 Python 開發領域邁上一個全新的颱階。無論您是希望優化現有項目,還是準備迎接更具挑戰性的開發任務,本書都將是您不可或缺的寶貴財富。