Django (一) 基本介紹與環境架設

目錄

本篇是 Django 系列文的第一章，其他內容請參考以下連結：

1. Django (一) 基本介紹與環境架設
2. Django (二) 模組功能與使用範例
3. Django (三) 網頁模版與網址設計
4. Django (四) 資料庫與模型使用
5. Django (五) 表單設計與整合
6. Django (六) 用戶登入與社群應用
7. Django (七) 網站部署與內容管理

網站基礎知識

在開始之前，我們先來認識網站基礎架構。

首先，網站一般可分為「前端」與「後端」。前端是一般使用者透過瀏覽器 (Chrome、Safari、Firefox...) 所看到的各種資料，包含 html、css、js 所渲染 (render) 出來的美麗頁面。 一般網頁前端工程師與設計師即是在滿足所需功能的前提下，努力將頁面做得美美的。

至於後端則是負責連接主機 (Server) 與資料庫 (Database) 的地方，有時候還需要整合前端功能，進行後台的各種資料運算、分析，再將處理好的資訊送去給前端渲染，讓一般使用者能看到結果。

Server 的架設可以使用一些軟體諸如 Apache、Nginx、Express，架在自己的主機或虛擬主機商提供的平台上。當使用者透過瀏覽器連接某個網址，其實是丟一個 request 給 Server 上的後端程式，後端則會根據需求回傳一個前端網頁，這樣瀏覽器就能接收並解讀成頁面資訊。

例如，使用者輸入這篇文章的網址 (https://ryanccj.github.io/blog/2021/DjangoI)，即是連結到 ryanccj.github.io 這個網域中的「DjangoI」這篇文章代號。 網站的後端會去資料庫中抓這篇文章，渲染成 html 網頁檔，丟給瀏覽器看。

以上種種稱之為「靜態網站」。使用者只是丟網址，伺服器則是回傳內容，沒有更進一步的互動，基本上可視為資料連結而已。但如果是一個數據分析網站，當使用者上傳一個檔案，後端將其運算、分析後再傳回前端，這就涉及到前後端的即時互動，稱之為「動態網站」。

後端的程式語言有很多種，像是 PHP、Perl、Ruby、Node.js、Python...，各有各的特色與適用範圍，甚至你要用 C 語言寫後端都沒問題。 但目前比較常見的作法，是透過適當的網站框架 (web framework)，將前後端整合起來，再透過某些內容管理系統 (content manager system, CMS) 來降低後端維護的難度。

以下要介紹的就是以 Python 為後端的網站框架 Django。

Django 的架構

Django 是一個近年相當熱門的網站框架，其模組化設計、開源社群廣大，且可以輕易整合各種 python 套件，讓它成為功能非常齊全的網站框架。 除了基本的電子商務、社群網站，亦適合架設各種為了數據分析、機器學習的網頁工具。

在研究 Django 結構前，我們先來了解軟體工程常見的一種 MVC 架構。所謂 MVC，即模型 (Model)、視圖 (View)、控制器 (Controller)，分別介紹如下：

• Model：資料模組，即連結後端資料庫的部分，通常包含如何定義與存取資料的程式。例如，定義該網站會員的帳密、郵件、個人資訊等。
• View：視圖模組，也稱作表現層 (presentation layer)，即前端畫面的呈現，常見的是各種 html templates，像是網站的首頁、分頁、表單等。
• Controller：控制模組，即介於前後端之間，負責處理用戶請求 (request) 的中繼程式。包含各種互動功能 (action)、表單資料接收、數據分析等。

透過將應用程式模組化，可以將網站的複雜功能區分開來，專注在 Model、View、Controller 三個部分的開發。

Django 繼承了傳統 MVC 架構，使用了自己的 MTV 架構，分別是 Model、Template、View。分別介紹如下：

• Model：資料模組，主要設定是在 models.py 中。
• Template：視圖模組，一般常見在 templates 資料夾內放置各種 html 模板。
• View：控制模組（注意與 MVC 中的 View 不同），主要設定是在 views.py 與 urls.py中。

當用戶發起 request（即瀏覽器輸入網址），Django 框架會在 urls.py 中尋找相應的動作，通常是工程師寫在 views.py 之中的某個功能函式、或是某個第三方服務（像是社群軟體登入）；有時候可能還會需要透過 models.py 去存取資料庫內容（像是會員註冊、留言）。 當這一切流程跑完後，會將結果渲染到前端頁面去 (html templates)。

本次 Django 系列教學文將從環境架設開始，一步步帶你設定各個模組與套件，最終完成一個社群部落格平台。

安裝與環境架設

如果只是寫個小型程式，一般我們只要在自己的電腦環境下開發即可。但如果是開發大型專案，我們常常需要多人或是跨平台開發。有些人可能是用 Linux 或 Mac 系統，有些人用 Windows 系統，它們彼此之間目錄結構不同，常導致開發上的困難。 另外，不同開發者可能安裝了不同的套件版本，其中的差異可能讓你花費大量時間 debug。

有幾種方式可以解決以上問題：

1. 統一在某個作業系統上開發（例如 Ubuntu），再透過虛擬機、遠端連線之類的方式，於自己習慣的開發環境下操作（例如 Windows）。
2. 善用虛擬環境（例如 Virtualenv），控管你使用的套件版本。
3. 善用版本控制（例如 Git），確保不同人之間整合結果良好。此外，也可協助我們透過網路連線，在不同電腦上開發。

之後的教學中，有某些步驟是必須的，某些則是可以協助你的專案控管，我會進一步提醒與補充細節。

安裝 Python

首先，請確認你的電腦有沒有安裝過 Python。請打開終端機（Linux/Mac 稱作 Terminal，Windows 稱作 CMD），試著輸入以下指令：

$ python --version

以筆者的電腦為例，會出現 Python 2.7。

這時，如果你輸入以下指令：

$ python3 --version

以筆者的電腦為例，會出現 Python 3.8。

為什麼會有兩種版本呢？這是因為在 Python 開發的過程中，由於某些歷史因素，讓 Python2 與 Python3 同時存在市場中，彼此語法略有不同，但各有支持者。

Mac 系統預設會有 Python2.7 ¹，Linux Ubuntu 則預設 Python2.7 和 Python3.5，Windows 則沒有安裝 Python。當你用 Mac 或 Linux 執行 python 程式時，會輸入 python 或 python3，是取決於你要用哪種版本；當你使用 Windows 時，則需要先設定好環境變數。

若是還沒有安裝過 Python，可以進入 Python 官網的 下載頁面，直接選擇最新的 Python 版本下載即可。

安裝 Git

此步驟非必要，目的是為了控管你的專案內容。

Git 是一種常見的版本控制方式，至於什麼是版本控制？以及如何使用 Git？可以參考其他更詳細的教學，這邊就只先簡單說明如何安裝與設定 Git。

首先，我們打開終端機，輸入以下指令：

$ apt-get install -y git #安裝Git
$ git config --global user.name "YOUR NAME" #設定的用戶名稱
$ git config --global user.email "YOUR MAIL" #設定你的用戶信箱

之後，就可以將專案內容放在 GitHub、GitLab、Bitbucket 等地方，有系統的存取與協作同一個專案。 在專案資料夾內，我們可以輸入以下指令來初始化 git：

$ git init #初始化並產生.git隱藏資料夾，紀錄git動作
$ git add .
$ git commit -m "first commit"
$ git remote add origin "YOUR GIT REPO URL" #http://...
$ git push -u origin master

關於 Git 的進階操作，可以參閱這本免費 電子書。

安裝虛擬機

此步驟非必要，目的是為了控管你的專案內容。

由於現行大部分的網站主機都以 Linux 為主，筆者建議在 Ubuntu 作業系統上開發你的 Django 網站。如果今天你的電腦系統不是 Linux，則可以考慮使用虛擬機 ²。

首先至 Ubuntu 官網下載頁，選擇自己需要的版本。通常是選擇 Ubuntu Desktop (桌面版)，穩定版本 (16.04～20.04)，64 位元（支持現行大部分電腦），選好後直接按「開始下載」即可。

如果你是 Windows 用戶，可以選擇安裝 VMWare 或是 VirtualBox。VMWare 的個人免費版可至 官網頁面下載，請注意其他產品可能是要付費的。

如果你是 Mac 用戶，可以選擇 Parallels 或 VirtualBox。在以往，Parallels 是要付費的，所以許多用戶只能選擇 VirtualBox，但是現在 VMWare 也推出了 Mac 專用的 VMWare Fusion，且個人版完全免費，嘉惠眾人。

當然，不論你是用 Windows 還是 Mac，都可以使用 VirtualBox。雖然功能與介面比較陽春，但拿來練習 Django 綽綽有餘。

安裝虛擬機後，請啟動並選擇先前載好的 Ubuntu Desktop 鏡像檔。可能會碰到諸如硬碟容量、記憶體大小之類的設定，若沒特殊需求，全部選預設值就行。設定並安裝完畢後，就可以開始使用 Ubuntu 虛擬機了。

在 Ubuntu 虛擬機中，首先可以將內部套件全部更新。請打開終端機執行以下指令：

$ sudo apt update #更新套件庫
$ sudo apt -y upgrade #更新套件

另外，可以安裝這個常用的 python 套件管理工具 (pip)：

$ sudo apt -y install python3-pip

接著，請先查詢這台虛擬機的 IP 位置：

$ ip a #查詢IP位置

為了讓外部電腦 (Windows or Mac) 能直接連接到你的 Ubuntu 系統，我們使用 SSH 與 FTP 的方式，方便下指令與傳遞檔案。請安裝以下兩個套件：

$ sudo apt -y install openssh-server #安裝open ssh
$ sudo apt -y install vsftp #安裝FTP

至此，Ubuntu 虛擬機就可以先縮小到角落去了，請回到個人電腦中。

在 Windows 系統，可以使用 PuTTY 程式來連接虛擬機。打開 PuTTY 後，在 Host Name (or IP address) 中輸入剛剛查到的虛擬機 IP 與 Port，接著在 connection 中設定每 60 秒傳送一個空的封包，避免 Server 因為太久沒資料傳輸（例如我們去倒杯咖啡）而中斷連線。

設定完成後，輸入名稱（例如 Django Project）並儲存設定，接著按下 Open。初次連接會有一些安全問題，選 Yes 即可。

在 Mac 系統，可以直接在 Terminal 中使用 ssh 指令來與虛擬機連線：

$ ssh ... #輸入 ssh 指令

或是我們點選 Terminal 上方的 Shell > New Remote Connection...，將連線設定寫好，以後直接從這邊連接，就不用重打 ssh 指令了。

另外停醒各位，Mac 系統與 Linux 系統都是以 Unix 為基底做成的，所以在目錄結構與終端機使用上都非常相似。如果是 Mac 用戶，也可以考慮直接在本地環境開發即可。

如果各位有習慣使用的遠端工作站，一樣可以透過上述 ssh 和 FTP 的方式連接到 Server，就可以在 Server 上開發程式。

安裝虛擬環境

此步驟非必要，目的是為了控管你的專案內容。

關於什麼是虛擬環境，請參考 這篇文章，它與前文提過的虛擬機是不一樣的。 本次教學將使用 Virtualenv，將環境建立在專案內（即上述連結的方法一），大家自行選擇習慣的方式即可。

首先在電腦建立一個專案資料夾，接著輸入以下指令：

$ pip install virtualenv #安裝虛擬環境
$ cd "YOUR PROJECT DIR" #進入資料夾內
$ virtualenv "YOUR VENV NAME" #建立虛擬環境，以下假設是VENV
$ source VENV/bin/activate #啟動虛擬環境
(VENV)$ ...

若之後要退出虛擬環境，隨時可以輸入以下指令：

(VENV)$ deactivate #離開虛擬環境
$ ...

安裝 Django

如果你不是那麼在乎開發環境，單純想在本地電腦作測試，你可以跳過前面，直接來安裝 Django（當然，前提是你已經有 python 環境）。

(VENV)$ pip install django #安裝Django
(VENV)$ django-admin startproject "YOUR PROJECT NAME" #開始新專案，以下假設是mysite

如果我們進入剛剛建好的專案 (mysite)，會看到以下結構：

(VENV)$ tree
.
├── manage.py
└── mysite
    ├── __init__.py
    ├── asgi.py
    ├── settings.py
    ├── urls.py
    └── wsgi.py

代表你的第一個 Django 專案已經建立完成。