第3章
服务器搭建
3.1服务器功能简介
服务器在网络中为其他客户机(如PC、智能手机、ATM等终端，甚至是火车系统等大型设备)提供计算或者应用服务。服务器具有高速的CPU运算能力、长时间的可靠运行、强大的I/O外部数据吞吐能力以及更好的扩展性。根据服务器所提供的服务，一般来说服务器都具备承担响应服务请求、承担服务、保障服务的能力。服务器架构(如图3.1所示)主要分为网络通信层、应用逻辑层和数据资产层。网络通信层接受并处理客户端发送的信息，将收到的信息处理之后传递到应用逻辑层，由应用逻辑层决定进行相应的操作，从数据资产层中提取相应的资产信息，触发相关的消息机制。
图3.1服务器架构图
应用逻辑层主要包括接收客户端发来的消息，调用对应模型，触发相关的消息机制。其中，消息种类包括场景类、信息类、状态类、模型类、消息类。针对不同的资产数据类型，建立对应的模型类，用于处理不同的消息请求，包括系统、场景、角色、三维模型、动画、纹理、材质、图片、文本等。数据库将对上述各类资产，建立对应的数据表，存储相关信息。
数据资产层主要包括数字资产和数据库管理。数字资产包括用适当格式保存的场景、角色、三维模型、动画、纹理、材质、图片、文本等。数据库管理常见的为MySQL、SQLite等。
服务器技术(详情参见附录： 服务器技术及Python集合)有很多，常见的有Flask、Socket、PHP、Apache、Django等。Django是一个由 Python 编写的开放源代码的Web重量级应用框架，拥有强大的数据库功能，自带强大的后台功能，内部封装了很多功能组件，使开发变得简单快捷。使用Django，只要很少的代码，Python程序开发人员就可以轻松地完成一个正式网站所需要的大部分内容，并进一步开发出全功能的Web服务。Django本身基于MVC模型，即Model(模型)+View(视图)+Controller(控制器)设计模式。MVC模式使后续对程序的修改和扩展简化，并且使程序某一部分的重复利用成为可能。Python+Django是快速开发、设计、部署网站、Web服务器的最佳组合。
本书的案例应用采用Python 3.7+Django 3.0服务器框架。
3.2安装Python和Django
在Python官网下载Windows X86类型下的Pyhton 3.7安装包，如图3.2(a)所示。下载完成后，运行安装包，勾选将Python加入系统环境选项，如图3.2(b)所示，然后进行安装。安装完成后，按Win+R组合键并输入“cmd”，打开命令提示符终端。在命令提示符窗口中输入如下命令查看是否安装成功。
python
若结果如图3.2(c)所示，则安装成功。Python的IDE有很多，包括PyCharm、Jupyter notebook、Spyder等，读者可用自己习惯的IDE去开发，本书使用的是PyCharm。
图3.2下载Python安装包、安装及验证
安装Django比较简单，直接用命令行即可，在终端输入以下命令：
pip install Django
如图3.3(a)所示，等待安装完成即可。安装完成后，依次输入以下命令：
python
import django
print(django.VERSION)
若结果为输出Django的版本信息，如图3.3(b)所示，则表示Django安装成功。
图3.3Django的安装及验证
3.3“排行榜”Web服务器搭建
游戏排行榜最能体现玩家对游戏的熟练度，并激发玩家的游戏兴趣。一个很好的例子是微信小游戏“打飞机”，由于其具有分数联网排行，一经推出便吸引了众多玩家。很多玩家为了当周第一相互竞争，每天花费大量时间在游戏上，这增加了游戏的日活跃度。本书中的Demo也增加了一个联网排名，用于玩家的竞争比较。
在安装完Django之后，便可开始搭建第一个Django应用。新建一个名为AR_App的文件夹，用于存放服务器与AR应用的源代码。打开终端，切换到该目录下，输入以下命令：
django-admin startproject Server
该命令为在当前目录创建一个名为Server的Django项目。然后切换到Server目录下：
cd Server
之后输入命令行：
django-admin startapp ar_server
该命令为创建一个名为ar_server的应用。在创建完成之后，尝试运行这个Django项目。以上执行步骤及结果见图3.4。
图3.4新建一个Django项目及运行
输入命令行运行项目：
pythonmanage.py runserver 127.0.0.1:8080
运行之后，打开浏览器，访问http://127.0.0.1:8080/，若出现如图3.5所示页面，则表示Django项目运行成功。
图3.5访问Django 项目
创建完成之后，可以查看目录AR_App下已经出现一个Django项目，使用PyCharm打开Server目录。可以看到如图3.6所示的目录结构，其中各目录说明如下。
ar_server： 应用的容器。
ar_server/migrations： 数据库迁移文件夹。
ar_server/admin.py： 后台admin配置文件。
ar_server/models.py： 数据库模型文件。
ar_server/views.py： 应用的视图函数处理文件。
Server： 项目的容器。
Server/asgi.py： ASGI兼容的Web服务器的入口，以便运行项目。
Server/settings.py： 项目配置文件。
Server/urls.py： 该Django项目的URL声明，用于管理访问地址。
Server/wsgi.py： WSGI兼容的Web服务器的入口，以便运行项目。
manage.py： 命令行工具，可以让开发者以各种方式与Django项目进行交互。
开发主要围绕models.py、urls.py和views.py。
图3.6Django项目目录结构
我们需要为开发的AR游戏应用提供一个可以存储并访问的“排行榜”服务器，为此，需要一个可存储玩家分数的数据库。Django支持许多数据库，包括MySQL、Oracle、PostgreSQL等，开发者可自行选择需要的数据库，与数据库连接的操作也非常简单，只需在Server/settings.py文件中配置相应的数据库即可。本书使用Django默认支持的数据库系统SQLite3，无须额外配置。Django中内嵌了ORM框架，不需要直接面向数据库编程，而是定义模型类，通过模型类和对象完成数据表的增删改查操作。ORM即Object Relation Mapping，简单来说就是映射对象和数据库的关系。在ORM框架中，会自动将类和数据表进行映射，通过类和类对象就能操作它所对应的表格中的数据，此外，ORM会根据开发者设计的类自动生成数据库中的表格，省去了建表的时间。
由于服务器只需要存储玩家的分数，故只需一个排名表，存储玩家姓名、分数和时间即可，需要在ar_server/models.py中定义该rank类。
from django.db import models
class rank(models.Model): #创建一个rank类，用于存储玩家姓名、分数、
#时间
name = models.CharField(max_length=11) #姓名属性，数据类型为Char，最大长度
#为11
score = models.IntegerField() #分数属性，数据类型为Integer
time = models.DateTimeField(auto_now_add=True) #时间属性，数据类型为
#DateTime，设置为当前时间
在定义rank类之后，需要在ar_server/admin.py中注册rank表：
from django.contrib import admin
from ar_server import models
admin.site.register(models.rank) #注册rank表
Django项目需要使用应用时，需要在Server/settings.py的INSTALLED_APPS中注册：
INSTALLED_APPS = ［
'django.contrib.admin',
'django.contrib.auth',
'django.contrib.contenttypes',
'django.contrib.sessions',
'django.contrib.messages',
'django.contrib.staticfiles',
'ar_server', #注册应用
］
在Django框架下，每次更改了数据库，均需要进行数据库的迁移。数据库的迁移非常简单，只需两条命令即可。在PyCharm的终端依次输入：
python manage.py makemigrations
python manage.py migrate
结果如图3.7所示，即完成数据库的迁移。
图3.7数据库迁移
完成数据库的建立及迁移后，需要为服务器开发一个接口，用来接收并存储上传的玩家分数信息。在获得玩家分数信息并存储后，需要返回排行榜中分数前10的信息，分数相同，则时间早的优先。在ar_server/views.py中：
from django.shortcuts import render
from django.core import serializers
from django.http import JsonResponse
from ar_server import models
def upload_score(request):
if request.method == 'GET': #传输方式为 GET
player_name = request.GET.get('name') #获取字段为"name"的值
player_score = request.GET.get('score') #获取字段为"score"的值
models.rank.objects.create(name=player_name, score=player_score)
#添加一条数据进rank表
num=models.rank.objects.count() #查询rank表中数据的条数
num = num if num <10 else 10 #取前10条，不足10条就取全部
models_list=models.rank.objects.all().order_by('-score','time')［:num］
#查询rank表中所有数据,并按score降序、time升序
rank = serializers.serialize('json', models_list) #list转换为json 1
ranks = json.loads(rank) #list转换为json 2
return JsonResponse(ranks,safe=False) #返回JSON数据
开发完用于接收、存储并返回玩家分数的接口后，需要为该接口注册一个可访问的地址。可在Server/urls.py中注册地址：
from django.contrib import admin
from django.urls import path
from ar_server import views
urlpatterns = ［
path('admin/', admin.site.urls),
path(r'upload_score',views.upload_score,name='upload_score'), #注册地址
］
其中，第一个upload_score为地址声明，在响应请求时，用于URL的地址识别匹配。第二个upload_score为接口声明，在匹配到地址后，调用相应的接口。第三个upload_score为地址name声明，为URL取名能够使开发者在Django的任意地方唯一地引用它，尤其是在模板中，这个特性允许开发者只改一个文件就能全局地修改某个URL模式。只有第二个参数需要连接相应的接口，其余开发者可自行定义，只不过在访问、调用时和此处注册的一致即可。
而开发的基于HUAWEI AR Engine的AR第三方应用需安装在移动端使用，故服务器需要开放局域网访问，让所有设备与运行本服务器的计算机连接同一个局域网即可访问。我们需要在Server/settings.py中设置允许访问所有端口：
#ALLOWED_HOSTS = ［］
ALLOWED_HOSTS = ［'*'］ #允许所有端口访问
至此，服务器部分的开发全部完成，只需让其运行起来即可，在PyCharm终端输入：
python manage.py runserver 0.0.0.0:8080
如图3.8所示，在输入命令后，Django项目成功运行。
运行Django Web服务器后，可通过浏览器简单测试一下。访问地址为:运行Django计算机的IP地址:8080。需要测试upload_score这个接口是否能正常工作，故以GET的HTTP传输协议上传name和score参数。访问地址为： 172.16.13.62:8080/upload_score?name=xiaoming&score=100。
此次测试上传了用户名为xiaoming，分数为100的数据，结果如图3.9所示，服务器返回了一条JSON数据(目前数据库仅这一条数据，故只返回了xiaoming的数据)。读者需将访问地址中的172.16.13.62替换为自己运行Django的计算机的IP地址。
图3.8在局域网内启动Django
图3.9上传测试
小结
本章简述了服务器概念及架构，并为读者介绍Django、PHP等主流的服务器技术。本书的案例应用Python 3.7+Django 3.0服务器框架，基于此为读者介绍了Python和Django的安装及验证。在最后一步介绍了搭建“排行榜”Web服务器的过程及运行验证过程。读者可以快速熟悉服务器的搭建，为搭建自己的Web服务器提供了参考。
习题
1. 理解服务器的概念、架构及用途，并列举经典服务器技术。
2. 使用Python+Django+HTML搭建一个可访问的Web服务器。
3. 使用其他服务器技术(PHP、Apache)搭建“排行榜”Web服务器。