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Processamento em segundo plano com Python

Para muitos apps, é necessário fazer o processamento em segundo plano fora do contexto de uma solicitação da Web. Este tutorial cria um app da Web que permite aos usuários inserir texto para traduzir e, em seguida, exibe uma lista de traduções anteriores. A tradução é feita em um processo em segundo plano para evitar o bloqueio da solicitação do usuário.

O diagrama a seguir ilustra o processo de solicitação da tradução.

Diagrama da arquitetura.

Aqui está a sequência de eventos sobre como o tutorial do app funciona:

  1. Acesse a página da Web para ver uma lista de traduções anteriores armazenadas no Firestore.
  2. Solicite uma tradução de texto inserindo um formulário HTML.
  3. A solicitação de tradução é publicada no Pub/Sub.
  4. Uma Função do Cloud inscrita nesse tópico do Pub/Sub é acionada.
  5. A Função do Cloud usa o Cloud Translation para traduzir o texto.
  6. A Função do Cloud armazena o resultado no Firestore.

Este tutorial se destina a qualquer pessoa interessada em aprender sobre o processamento em segundo plano com o Google Cloud. Nenhuma experiência anterior é necessária com Pub/Sub, Firestore, App Engine ou Cloud Functions. No entanto, para entender todo o código, é útil ter experiência com Python, JavaScript e HTML.

Objetivos

  • Entenda e implante uma Função do Cloud.
  • Entenda e implante um aplicativo do App Engine.
  • Testar o app.

Custos

Neste tutorial, usamos os seguintes componentes faturáveis do Google Cloud:

Para gerar uma estimativa de custo baseada na projeção de uso deste tutorial, use a calculadora de preços. Novos usuários do Google Cloud podem ser qualificados para uma avaliação gratuita.

Ao concluir este tutorial, exclua os recursos criados para evitar o faturamento contínuo. Para mais informações, consulte Como fazer a limpeza.

Antes de começar

  1. Faça login na sua conta do Google Cloud. Se você começou a usar o Google Cloud agora, crie uma conta para avaliar o desempenho de nossos produtos em situações reais. Clientes novos também recebem US$ 300 em créditos para executar, testar e implantar cargas de trabalho.
  2. No Console do Google Cloud, na página do seletor de projetos, selecione ou crie um projeto do Google Cloud.

    Acessar o seletor de projetos

  3. Verifique se o faturamento está ativado para seu projeto na nuvem. Saiba como confirmar se o faturamento está ativado para o projeto.

  4. Ative as APIs Firestore, Cloud Functions, Pub/Sub, and Cloud Translation.

    Ative as APIs

  5. No Console do Google Cloud, abra o app no Cloud Shell.

    Acessar o Cloud Shell

    O Cloud Shell oferece acesso por linha de comando aos seus recursos de nuvem diretamente no navegador. Abra o Cloud Shell no navegador e clique em Continuar para fazer o download do código de amostra e carregá-lo no diretório de app.

  6. No Cloud Shell, configure a ferramenta gcloud para usar seu projeto do Google Cloud:
    # Configure gcloud for your project
    gcloud config set project YOUR_PROJECT_ID

Noções básicas sobre a Função do Cloud

  • A função inicia importando várias dependências, como Firestore e Translation.
    import base64
    import hashlib
    import json
    
    from google.cloud import firestore
    from google.cloud import translate_v2 as translate
  • Os clientes globais do Firestore e do Translation são inicializados para que possam ser reutilizados entre invocações de função. Dessa forma, não é necessário inicializar novos clientes para cada invocação de função, o que desacelera a execução.
    # Get client objects once to reuse over multiple invocations.
    xlate = translate.Client()
    db = firestore.Client()
  • A API Translation traduz a string para o idioma selecionado.
    def translate_string(from_string, to_language):
        """ Translates a string to a specified language.
    
        from_string - the original string before translation
    
        to_language - the language to translate to, as a two-letter code (e.g.,
            'en' for english, 'de' for german)
    
        Returns the translated string and the code for original language
        """
        result = xlate.translate(from_string, target_language=to_language)
        return result['translatedText'], result['detectedSourceLanguage']
  • Primeiro, a Função do Cloud analisa a mensagem do Pub/Sub para que o texto seja traduzido e o idioma de destino desejado.

    Em seguida, a Função do Cloud traduz o texto e o armazena no Firestore, usando uma transação para garantir que não haja traduções duplicadas.

    def document_name(message):
        """ Messages are saved in a Firestore database with document IDs generated
            from the original string and destination language. If the exact same
            translation is requested a second time, the result will overwrite the
            prior result.
    
            message - a dictionary with fields named Language and Original, and
                optionally other fields with any names
    
            Returns a unique name that is an allowed Firestore document ID
        """
        key = '{}/{}'.format(message['Language'], message['Original'])
        hashed = hashlib.sha512(key.encode()).digest()
    
        # Note that document IDs should not contain the '/' character
        name = base64.b64encode(hashed, altchars=b'+-').decode('utf-8')
        return name
    
    @firestore.transactional
    def update_database(transaction, message):
        name = document_name(message)
        doc_ref = db.collection('translations').document(document_id=name)
    
        try:
            doc_ref.get(transaction=transaction)
        except firestore.NotFound:
            return  # Don't replace an existing translation
    
        transaction.set(doc_ref, message)
    
    def translate_message(event, context):
        """ Process a pubsub message requesting a translation
        """
        message_data = base64.b64decode(event['data']).decode('utf-8')
        message = json.loads(message_data)
    
        from_string = message['Original']
        to_language = message['Language']
    
        to_string, from_language = translate_string(from_string, to_language)
    
        message['Translated'] = to_string
        message['OriginalLanguage'] = from_language
    
        transaction = db.transaction()
        update_database(transaction, message)

Como implantar o Cloud Function

  • No Cloud Shell, no diretório function, implante a Função do Cloud com um acionamento do Pub/Sub:

    gcloud functions deploy Translate --runtime=python37 \
    --entry-point=translate_message --trigger-topic=translate \
    --set-env-vars GOOGLE_CLOUD_PROJECT=YOUR_GOOGLE_CLOUD_PROJECT
    

    em que YOUR_GOOGLE_CLOUD_PROJECT é o ID do projeto no Google Cloud.

Noções básicas sobre o app

Há dois componentes principais para o app da Web:

  • Um servidor Python HTTP para gerenciar solicitações da Web. O servidor tem os dois endpoints a seguir:
    • /: lista todas as traduções existentes e mostra um formulário que os usuários podem enviar para solicitar novas traduções.
    • /request-translation: os envios de formulários são feitos para este endpoint, que publica a solicitação para o Pub/Sub para ser traduzido de forma assíncrona.
  • Um modelo HTML que é preenchido com as traduções existentes pelo servidor Python.

O servidor HTTP

  • No diretório app, main.py começa importando dependências, criando um app Flask, inicializando clientes do Firestore e do Translation e definindo uma lista de idiomas compatíveis:

    import json
    import os
    
    from flask import Flask, redirect, render_template, request
    from google.cloud import firestore
    from google.cloud import pubsub
    
    app = Flask(__name__)
    
    # Get client objects to reuse over multiple invocations
    db = firestore.Client()
    publisher = pubsub.PublisherClient()
    
    # Keep this list of supported languages up to date
    ACCEPTABLE_LANGUAGES = ("de", "en", "es", "fr", "ja", "sw")
  • O gerenciador de índice (/) obtém todas as traduções existentes do Firestore e preenche um modelo de HTML com a lista:

    @app.route("/", methods=["GET"])
    def index():
        """The home page has a list of prior translations and a form to
        ask for a new translation.
        """
    
        doc_list = []
        docs = db.collection("translations").stream()
        for doc in docs:
            doc_list.append(doc.to_dict())
    
        return render_template("index.html", translations=doc_list)
    
    
  • Novas traduções são solicitadas através do envio de um formulário HTML. O gerenciador de tradução de solicitação, registrado em /request-translation, analisa o envio do formulário, valida a solicitação e publica uma mensagem no Pub/Sub:

    @app.route("/request-translation", methods=["POST"])
    def translate():
        """Handle a request to translate a string (form field 'v') to a given
        language (form field 'lang'), by sending a PubSub message to a topic.
        """
        source_string = request.form.get("v", "")
        to_language = request.form.get("lang", "")
    
        if source_string == "":
            error_message = "Empty value"
            return error_message, 400
    
        if to_language not in ACCEPTABLE_LANGUAGES:
            error_message = "Unsupported language: {}".format(to_language)
            return error_message, 400
    
        message = {
            "Original": source_string,
            "Language": to_language,
            "Translated": "",
            "OriginalLanguage": "",
        }
    
        topic_name = "projects/{}/topics/{}".format(
            os.getenv("GOOGLE_CLOUD_PROJECT"), "translate"
        )
        publisher.publish(
            topic=topic_name, data=json.dumps(message).encode("utf8")
        )
        return redirect("/")
    
    

O modelo HTML

O modelo HTML é a base da página HTML exibida ao usuário para que ele possa ver as traduções anteriores e solicitar novas. O modelo é preenchido pelo servidor HTTP com a lista de traduções existentes.

  • O elemento <head> do modelo HTML inclui metadados, folhas de estilo e JavaScript para a página:
    <html>
    
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
        <title>Translations</title>
    
        <link rel="stylesheet" href="https://fonts.googleapis.com/icon?family=Material+Icons">
        <link rel="stylesheet" href="https://code.getmdl.io/1.3.0/material.indigo-pink.min.css">
        <script defer src="https://code.getmdl.io/1.3.0/material.min.js"></script>
        <script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/1.9.1/jquery.min.js"></script>
        <script>
            $(document).ready(function() {
                $("#translate-form").submit(function(e) {
                    e.preventDefault();
                    // Get value, make sure it's not empty.
                    if ($("#v").val() == "") {
                        return;
                    }
                    $.ajax({
                        type: "POST",
                        url: "/request-translation",
                        data: $(this).serialize(),
                        success: function(data) {
                            // Show snackbar.
                            console.log(data);
                            var notification = document.querySelector('.mdl-js-snackbar');
                            $("#snackbar").removeClass("mdl-color--red-100");
                            $("#snackbar").addClass("mdl-color--green-100");
                            notification.MaterialSnackbar.showSnackbar({
                                message: 'Translation requested'
                            });
                        },
                        error: function(data) {
                            // Show snackbar.
                            console.log("Error requesting translation");
                            var notification = document.querySelector('.mdl-js-snackbar');
                            $("#snackbar").removeClass("mdl-color--green-100");
                            $("#snackbar").addClass("mdl-color--red-100");
                            notification.MaterialSnackbar.showSnackbar({
                                message: 'Translation request failed'
                            });
                        }
                    });
                });
            });
        </script>
        <style>
            .lang {
                width: 50px;
            }
            .translate-form {
                display: inline;
            }
        </style>
    </head>

    A página extrai recursos Material Design Lite (MDL) CSS e JavaScript. A MDL permite que você adicione uma aparência Material Design aos seus sites.

    A página usa JQuery para aguardar o carregamento do documento e definir um gerenciador de envio de formulário. Sempre que o formulário de solicitação de tradução é enviado, a página faz uma validação de formulário mínima para verificar se o valor não está vazio e envia uma solicitação assíncrona ao endpoint /request-translation.

    Por fim, uma snackbar MDL aparece para indicar se a solicitação foi bem-sucedida ou se encontrou um erro.

  • O corpo HTML da página usa um layout MDL e vários componentes MDL para exibir uma lista de traduções e um formulário para solicitar traduções adicionais:
    <body>
        <div class="mdl-layout mdl-js-layout mdl-layout--fixed-header">
            <header class="mdl-layout__header">
                <div class="mdl-layout__header-row">
                    <!-- Title -->
                    <span class="mdl-layout-title">Translate with Background Processing</span>
                </div>
            </header>
            <main class="mdl-layout__content">
                <div class="page-content">
                    <div class="mdl-grid">
                    <div class="mdl-cell mdl-cell--1-col"></div>
                        <div class="mdl-cell mdl-cell--3-col">
                            <form id="translate-form" class="translate-form">
                                <div class="mdl-textfield mdl-js-textfield mdl-textfield--floating-label">
                                    <input class="mdl-textfield__input" type="text" id="v" name="v">
                                    <label class="mdl-textfield__label" for="v">Text to translate...</label>
                                </div>
                                <select class="mdl-textfield__input lang" name="lang">
                                    <option value="de">de</option>
                                    <option value="en">en</option>
                                    <option value="es">es</option>
                                    <option value="fr">fr</option>
                                    <option value="ja">ja</option>
                                    <option value="sw">sw</option>
                                </select>
                                <button class="mdl-button mdl-js-button mdl-button--raised mdl-button--accent" type="submit"
                                    name="submit">Submit</button>
                            </form>
                        </div>
                        <div class="mdl-cell mdl-cell--8-col">
                            <table class="mdl-data-table mdl-js-data-table mdl-shadow--2dp">
                                <thead>
                                    <tr>
                                        <th class="mdl-data-table__cell--non-numeric"><strong>Original</strong></th>
                                        <th class="mdl-data-table__cell--non-numeric"><strong>Translation</strong></th>
                                    </tr>
                                </thead>
                                <tbody>
                                {% for translation in translations %}
                                    <tr>
                                        <td class="mdl-data-table__cell--non-numeric">
                                            <span class="mdl-chip mdl-color--primary">
                                                <span class="mdl-chip__text mdl-color-text--white">{{ translation['OriginalLanguage'] }} </span>
                                            </span>
                                        {{ translation['Original'] }}
                                        </td>
                                        <td class="mdl-data-table__cell--non-numeric">
                                            <span class="mdl-chip mdl-color--accent">
                                                <span class="mdl-chip__text mdl-color-text--white">{{ translation['Language'] }} </span>
                                            </span>
                                            {{ translation['Translated'] }}
                                        </td>
                                    </tr>
                                {% endfor %}
                                </tbody>
                            </table>
                            <br/>
                            <button class="mdl-button mdl-js-button mdl-button--raised" type="button" onClick="window.location.reload();">
                                Refresh
                            </button>
                        </div>
                    </div>
                </div>
                <div aria-live="assertive" aria-atomic="true" aria-relevant="text" class="mdl-snackbar mdl-js-snackbar" id="snackbar">
                    <div class="mdl-snackbar__text mdl-color-text--black"></div>
                    <button type="button" class="mdl-snackbar__action"></button>
                </div>
            </main>
        </div>
    </body>
    
    </html>

Como implantar o app da Web

Use o ambiente padrão do App Engine para criar e implantar um app que seja executado de forma confiável sob carga pesada e com grandes quantidades de dados.

Este tutorial usa o ambiente padrão do App Engine para implantar o front-end HTTP.

O app.yaml configura o aplicativo do App Engine:

runtime: python37
  • No mesmo diretório que o arquivo app.yaml, implante seu app no ambiente padrão do App Engine:
    gcloud app deploy

Como testar o app

Depois de implantar o app da Função do Cloud e do App Engine, tente solicitar uma tradução.

  1. Para visualizar o app no navegador, digite o seguinte URL:

    https://PROJECT_ID.REGION_ID.r.appspot.com

    Substitua:

    Há uma página com uma lista vazia de traduções e um formulário para solicitar novas traduções.

  2. No campo Texto a ser traduzido, digite algum texto a ser traduzido, por exemplo, Hello, World.
  3. Selecione um idioma na lista suspensa para qual você quer traduzir o texto.
  4. Clique em Enviar.
  5. Para atualizar a página, clique em Atualizar . Há uma nova linha na lista de tradução. Se você não ver uma tradução, aguarde mais alguns segundos e tente novamente. Caso você ainda não veja uma tradução, consulte a próxima seção sobre como depurar o app.

Como depurar o aplicativo

Caso não seja possível conectar ao seu aplicativo do App Engine ou ver novas traduções, verifique o seguinte:

  1. Verifique se os comandos de implantação gcloud foram concluídos com êxito e não geraram erros. Se houver erros, corrija-os e tente implantar o Cloud Function e o aplicativo do App Engine novamente.
  2. No Console do Google Cloud, acesse a página do visualizador de registros.

    Acesse a página do visualizador de registros
    1. Na lista suspensa Recursos selecionados recentemente, clique em Aplicação do GAE e, em seguida, clique em Todos os module_id. Você verá uma lista de solicitações de quando visitou seu app. Caso contrário, verifique se você selecionou Todos os module_id na lista suspensa. Se você ver mensagens de erro impressas no Console do Cloud, verifique se o código do seu app corresponde ao código na seção sobre a compreensão do app.
    2. Na lista suspensa Recursos selecionados recentemente, clique em Função do Cloud e, em seguida, clique em Todos os nomes de função. Você verá uma função listada para cada tradução solicitada. Caso contrário, verifique se o app da Função do Cloud e do App Engine estão usando o mesmo tópico do Pub/Sub:
      • No arquivo background/main.py, verifique se o topic_name é "translate".
      • Quando você implantar a Função do Cloud, não se esqueça de incluir a sinalização --trigger-topic=translate.

Limpeza

Para evitar cobranças na sua conta do Google Cloud pelos recursos usados no tutorial, exclua o projeto que os contém ou mantenha o projeto e exclua os recursos individuais.

Excluir o projeto do Cloud

  1. No Console do Cloud, acesse a página Gerenciar recursos:

    Acessar "Gerenciar recursos"

  2. Na lista de projetos, selecione o projeto que você quer excluir e clique em Excluir .
  3. Na caixa de diálogo, digite o ID do projeto e clique em Encerrar para excluí-lo.

Excluir a instância do App Engine

  1. No Console do Cloud, acesse a página Versões do App Engine.

    Acessar "Versões"

  2. Marque a caixa de seleção da versão não padrão do app que você quer excluir.
  3. Para excluir a versão do app, clique em Excluir.

Excluir a Função do Cloud

  • Excluir a Função do Cloud criada neste tutorial:
    gcloud functions delete Translate

A seguir