|
| 1 | +# Notes Demo - Python ORM Lernprojekt |
| 2 | + |
| 3 | +[](https://fastapi.tiangolo.com) |
| 4 | +[](https://www.python.org/) |
| 5 | +[](https://www.postgresql.org/) |
| 6 | +[](https://docs.astral.sh/uv/) |
| 7 | + |
| 8 | +Ein umfassendes Lernprojekt für den Kurs **"Relationale Datenbanken"** der [Höheren Fachschule für Technik Mittelland](https://hftm.ch) zur praktischen Demonstration von Object Relational Mapping (ORM) mit modernen Python-Technologien. |
| 9 | + |
| 10 | +🔗 **[Kurs-Website](https://relational-databases.erhardt.consulting/)** |
| 11 | + |
| 12 | +## 📚 Lernziele |
| 13 | + |
| 14 | +Dieses Projekt vermittelt Studierenden folgende Kernkonzepte: |
| 15 | + |
| 16 | +- **Object Relational Mapping (ORM)** mit SQLAlchemy |
| 17 | +- **FastAPI Fundamentals** - Asynchrone APIs, Dependency Injection, Auto-Dokumentation |
| 18 | +- **Clean Architecture** - Separation of Concerns zwischen Model-, Schema-, Service- und Router-Schichten |
| 19 | +- **Datenbankmanagement** - PostgreSQL Integration, Alembic Migrationen |
| 20 | +- **Containerisierte Entwicklung** - Docker Compose für lokale Umgebung |
| 21 | +- **Type-Safe Development** - Pydantic für sichere Datenvalidierung |
| 22 | + |
| 23 | +## 🛠️ Technologie-Stack |
| 24 | + |
| 25 | +### Backend |
| 26 | +- **FastAPI** - Modernes, schnelles Web-Framework |
| 27 | +- **Python 3.11+** - Moderne Python-Features und Performance |
| 28 | +- **SQLAlchemy 2.0** - Object Relational Mapping |
| 29 | +- **PostgreSQL 17** - Relationale Datenbank |
| 30 | +- **Alembic** - Datenbankmigrationen |
| 31 | + |
| 32 | +### Frontend |
| 33 | +- **Jinja2** - Server-side HTML Templating |
| 34 | +- **Bootstrap CSS** - Responsive Web Design |
| 35 | + |
| 36 | +### Entwicklung & Testing |
| 37 | +- **UV** - Blitzschnelles Package Management |
| 38 | +- **Pytest** - Testing Framework |
| 39 | +- **Docker Compose** - Lokale Entwicklungsumgebung |
| 40 | + |
| 41 | +## 🚀 Installation und Einrichtung |
| 42 | + |
| 43 | +### Voraussetzungen |
| 44 | + |
| 45 | +- **Python 3.11** oder höher ([Python.org](https://www.python.org/)) |
| 46 | +- **UV** für Package Management ([Installation](https://docs.astral.sh/uv/)) |
| 47 | +- **Docker & Docker Compose** für die Datenbankumgebung |
| 48 | +- **Git** für Versionskontrolle |
| 49 | + |
| 50 | +### 1. Projekt klonen |
| 51 | + |
| 52 | +```bash |
| 53 | +git clone <repository-url> |
| 54 | +cd notes-app |
| 55 | +``` |
| 56 | + |
| 57 | +### 2. Datenbank starten |
| 58 | + |
| 59 | +```bash |
| 60 | +# PostgreSQL Datenbank mit Docker Compose starten |
| 61 | +docker-compose -f docker-compose.db.yaml up -d |
| 62 | + |
| 63 | +# Überprüfen, ob die Datenbank läuft |
| 64 | +docker ps |
| 65 | +``` |
| 66 | + |
| 67 | +### 3. Anwendung kompilieren und starten |
| 68 | + |
| 69 | +```bash |
| 70 | +# Dependencies mit UV installieren |
| 71 | +uv sync |
| 72 | + |
| 73 | +# Umgebungsvariablen konfigurieren |
| 74 | +cp .env.example .env |
| 75 | + |
| 76 | +# Anwendung starten |
| 77 | +uv run python -m app.main |
| 78 | + |
| 79 | +# Alternative: Mit uvicorn direkt |
| 80 | +uv run uvicorn app.main:app --reload |
| 81 | +``` |
| 82 | + |
| 83 | +### 4. Anwendung testen |
| 84 | + |
| 85 | +- **Webanwendung:** http://localhost:8000 |
| 86 | +- **API Dokumentation:** http://localhost:8000/docs |
| 87 | +- **Datenbank:** PostgreSQL auf localhost:5432 |
| 88 | + - Database: `notesapp` |
| 89 | + - Username: `notesapp` |
| 90 | + - Password: `notesapp` |
| 91 | + |
| 92 | +## 🏗️ Projektarchitektur |
| 93 | + |
| 94 | +Das Projekt folgt einer **Layered Architecture** mit klarer Trennung der Verantwortlichkeiten: |
| 95 | + |
| 96 | +``` |
| 97 | +app/ |
| 98 | +├── routers/ # 🌐 Presentation Layer |
| 99 | +│ ├── web.py # Web UI Endpoints |
| 100 | +│ └── api.py # REST API Endpoints |
| 101 | +├── services/ # 💼 Business Logic Layer |
| 102 | +│ └── note_service.py # Geschäftslogik & Datenbankoperationen |
| 103 | +├── schemas/ # 📋 Data Transfer Objects |
| 104 | +│ └── note.py # Pydantic Schemas für Validierung |
| 105 | +├── models/ # 💾 Data Model Layer |
| 106 | +│ └── note.py # SQLAlchemy ORM Models |
| 107 | +├── database.py # 🔧 Datenbankverbindung |
| 108 | +├── config.py # ⚙️ Konfigurationsmanagement |
| 109 | +└── main.py # 🚀 Application Factory |
| 110 | +``` |
| 111 | + |
| 112 | +### 🔄 Datenfluss |
| 113 | + |
| 114 | +``` |
| 115 | +HTTP Request → Router → Service → SQLAlchemy → Database |
| 116 | + ↓ |
| 117 | + Schema/DTO ← Pydantic ← Model ← SQLAlchemy |
| 118 | +``` |
| 119 | + |
| 120 | +## 💡 Kernkonzepte und Patterns |
| 121 | + |
| 122 | +### 1. **ORM Model Definition** |
| 123 | +```python |
| 124 | +# SQLAlchemy Model (Datenbankrepräsentation) |
| 125 | +class Note(Base): |
| 126 | + __tablename__ = "notes" |
| 127 | + |
| 128 | + id = Column(UUID(as_uuid=True), primary_key=True, default=uuid.uuid4) |
| 129 | + title = Column(String(100), nullable=False) |
| 130 | + content = Column(Text, nullable=False) |
| 131 | + created_at = Column(DateTime, server_default=func.now()) |
| 132 | + updated_at = Column(DateTime, onupdate=func.now()) |
| 133 | +``` |
| 134 | + |
| 135 | +### 2. **Schema Validation mit Pydantic** |
| 136 | +```python |
| 137 | +# Pydantic Schema für Datenvalidierung |
| 138 | +class NoteCreate(BaseModel): |
| 139 | + title: str = Field(..., min_length=1, max_length=100) |
| 140 | + content: str = Field(..., min_length=1) |
| 141 | + |
| 142 | +class NoteResponse(BaseModel): |
| 143 | + id: UUID |
| 144 | + title: str |
| 145 | + content: str |
| 146 | + created_at: datetime |
| 147 | + updated_at: Optional[datetime] |
| 148 | + |
| 149 | + model_config = ConfigDict(from_attributes=True) |
| 150 | +``` |
| 151 | + |
| 152 | +### 3. **Service Layer Pattern** |
| 153 | +```python |
| 154 | +class NoteService: |
| 155 | + def __init__(self, db: Session = Depends(get_db)): |
| 156 | + self.db = db |
| 157 | + |
| 158 | + async def create_note(self, note_data: NoteCreate) -> Note: |
| 159 | + note = Note(**note_data.model_dump()) |
| 160 | + self.db.add(note) |
| 161 | + self.db.commit() |
| 162 | + self.db.refresh(note) |
| 163 | + return note |
| 164 | +``` |
| 165 | + |
| 166 | +### 4. **Dependency Injection** |
| 167 | +```python |
| 168 | +@router.post("/notes", response_model=NoteResponse) |
| 169 | +async def create_note( |
| 170 | + note_data: NoteCreate, |
| 171 | + service: NoteService = Depends() |
| 172 | +): |
| 173 | + return await service.create_note(note_data) |
| 174 | +``` |
| 175 | + |
| 176 | +## 🧪 Testing |
| 177 | + |
| 178 | +### Unit Tests ausführen |
| 179 | +```bash |
| 180 | +uv run pytest tests/unit -v |
| 181 | +``` |
| 182 | + |
| 183 | +### Integration Tests ausführen |
| 184 | +```bash |
| 185 | +uv run pytest tests/integration -v |
| 186 | +``` |
| 187 | + |
| 188 | +### Test Coverage Report |
| 189 | +```bash |
| 190 | +uv run pytest --cov=app --cov-report=html |
| 191 | +# Report verfügbar unter: htmlcov/index.html |
| 192 | +``` |
| 193 | + |
| 194 | +## 🎯 Pädagogische Übungen |
| 195 | + |
| 196 | +### Grundübungen |
| 197 | +1. **CRUD Operationen verstehen** - Analysiere die vollständigen Create/Read/Update/Delete Workflows |
| 198 | +2. **Schema-Validierung erkunden** - Untersuche, wie Pydantic Eingabedaten validiert |
| 199 | +3. **ORM-Queries schreiben** - Verstehe SQLAlchemy Query-Syntax und Filteroperationen |
| 200 | + |
| 201 | +### Erweiterungsübungen |
| 202 | +1. **Neue Entität hinzufügen** - Erstelle eine `Tag` Entität mit Many-to-Many Beziehung zu `Note` |
| 203 | +2. **Erweiterte Validierung** - Füge Custom Validators in Pydantic Schemas hinzu |
| 204 | +3. **Suchoption einbauen** - Implementiere Volltextsuche in Notizen |
| 205 | +4. **Pagination hinzufügen** - Erweitere die API um Seitennummerierung |
| 206 | + |
| 207 | +### Fortgeschrittene Übungen |
| 208 | +1. **Asynchrone Datenbankoperationen** - Migriere zu async SQLAlchemy |
| 209 | +2. **Caching implementieren** - Füge Redis-basiertes Caching hinzu |
| 210 | +3. **Background Tasks** - Implementiere asynchrone Aufgaben mit Celery |
| 211 | +4. **API Versionierung** - Erstelle versionierte API Endpoints |
| 212 | + |
| 213 | +## 📁 Wichtige Dateien |
| 214 | + |
| 215 | +| Datei | Zweck | Lernfokus | |
| 216 | +|-------|-------|-----------| |
| 217 | +| `models/note.py` | SQLAlchemy Model | ORM Mapping, Relationships | |
| 218 | +| `schemas/note.py` | Pydantic Schemas | Datenvalidierung, Serialisierung | |
| 219 | +| `services/note_service.py` | Business Logic | Service Pattern, Transaktionen | |
| 220 | +| `routers/api.py` | REST API | FastAPI Routing, Dependencies | |
| 221 | +| `routers/web.py` | Web UI | Template Rendering, Forms | |
| 222 | +| `config.py` | Konfiguration | Settings Management | |
| 223 | +| `alembic/` | Migrationen | Datenbankevolution | |
| 224 | + |
| 225 | +## 🐳 Docker Entwicklungsumgebung |
| 226 | + |
| 227 | +Das Projekt nutzt Docker Compose für eine konsistente Entwicklungsumgebung: |
| 228 | + |
| 229 | +```yaml |
| 230 | +# docker-compose.db.yaml |
| 231 | +services: |
| 232 | + postgres: |
| 233 | + image: postgres:17 |
| 234 | + environment: |
| 235 | + POSTGRES_DB: notesapp |
| 236 | + POSTGRES_USER: notesapp |
| 237 | + POSTGRES_PASSWORD: notesapp |
| 238 | + ports: |
| 239 | + - "5432:5432" |
| 240 | + volumes: |
| 241 | + - postgres_data:/var/lib/postgresql/data |
| 242 | +``` |
| 243 | +
|
| 244 | +### Nützliche Docker Befehle |
| 245 | +```bash |
| 246 | +# Datenbank starten |
| 247 | +docker-compose -f docker-compose.db.yaml up -d |
| 248 | + |
| 249 | +# Logs anzeigen |
| 250 | +docker-compose -f docker-compose.db.yaml logs -f |
| 251 | + |
| 252 | +# Datenbank stoppen |
| 253 | +docker-compose -f docker-compose.db.yaml down |
| 254 | + |
| 255 | +# Datenbank zurücksetzen |
| 256 | +docker-compose -f docker-compose.db.yaml down -v |
| 257 | +``` |
| 258 | + |
| 259 | +## 📖 Zusätzliche Ressourcen |
| 260 | + |
| 261 | +### Dokumentation |
| 262 | +- [FastAPI Dokumentation](https://fastapi.tiangolo.com/) |
| 263 | +- [SQLAlchemy 2.0 Tutorial](https://docs.sqlalchemy.org/en/20/tutorial/) |
| 264 | +- [Pydantic Dokumentation](https://docs.pydantic.dev/) |
| 265 | +- [UV Package Manager](https://docs.astral.sh/uv/) |
| 266 | + |
| 267 | +### Lernmaterialien |
| 268 | +- [Kurs: Relationale Datenbanken](https://relational-databases.erhardt.consulting/) |
| 269 | +- [Python Async Programming](https://realpython.com/async-io-python/) |
| 270 | +- [ORM Patterns in Python](https://www.sqlalchemy.org/library.html) |
| 271 | + |
| 272 | +## 🤝 Beitragen |
| 273 | + |
| 274 | +Dieses Projekt dient Bildungszwecken. Verbesserungsvorschläge und Erweiterungen sind willkommen: |
| 275 | + |
| 276 | +1. Fork des Repositories erstellen |
| 277 | +2. Feature Branch erstellen (`git checkout -b feature/neue-funktion`) |
| 278 | +3. Änderungen committen (`git commit -am 'Füge neue Funktion hinzu'`) |
| 279 | +4. Branch pushen (`git push origin feature/neue-funktion`) |
| 280 | +5. Pull Request erstellen |
| 281 | + |
| 282 | +## 📄 Lizenz |
| 283 | + |
| 284 | +Dieses Projekt steht unter der MIT-Lizenz und dient ausschliesslich Bildungszwecken im Rahmen des Kurses "Relationale Datenbanken" der Höheren Fachschule für Technik Mittelland. |
0 commit comments