Streamlit 快速构建交互式页面的python库

基础介绍

streamlit 是什么

Streamlit是一个面向机器学习和数据科学团队的开源应用程序框架，通过它可以用python代码方便快捷的构建交互式前端页面。streamlit特别适合结合大模型快速的构建一些对话式的应用，可以看到一些行业内热门的使用。

项目本身也比较成熟，release版本，start数量等都表明该项目持续打磨了很长时间。

streamlit 简单示例

import streamlit as st
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

st.title('Sin')

# Get user input for frequency and amplitude
freq = st.slider('频率', min_value=1, max_value=10, value=1)

# Create x values
x = np.linspace(0, 2*np.pi, 1000)

# Create y values
y = np.sin(freq * x)

# Plot the graph
fig, ax = plt.subplots()
ax.plot(x, y)
ax.set_title('Sine Wave')
ax.set_xlabel('X')
ax.set_ylabel('Y')
st.pyplot(fig)

运行代码

streanlit run sample_demo.py

streamlit 优缺点

streamlit优点：

• 不需要掌握前端知识就能创建web页面
• 内置很多机器学习交互的展示组件，更有利于算法工程师使用
• 开发速度快，修改方便
  streamlit缺点：
• 前端界面固定，开发者不能随意调整控件位置
• 只适合于少量页面的项目，不适用于复杂网页的网站前端

组件集合

streamlit 主要用于构建前端页面，有着丰富的前端组件。 streamlit 官方文档：​​https://docs.streamlit.io/library/get-started/main-concepts​​

从官方文档来看，主要的组件包括：

1. 文本
2. 数据表格
3. 图表
4. 输入组件
5. 媒体组件
6. 布局和容器
7. 聊天框
8. 状态展示
9. 控制流程

下面将常见的组件拿出来，做一个集合。stremlit的一个页面叫做一个app，可以将多个页面组装起来，如下图：

文字

数据表格

输入组件

聊天

js和html 渲染

上文中已经提到streamlit的组件排列方式是从上到下逐个渲染，无法做到html那样灵活的调整组件的位置。但是stream还是提供了两个函数可以支持对页面css和js的修改。

对css的修改

streamlit中按钮是没有背景颜色的，如果想增加按钮的底色，就可以对其css修改。如下：

import streamlit as st

st.button("点击我")

hide_streamlit_style = """
       <style>
       .ef3psqc11 {background-color: yellowgreen}
       </style>
       """
st.markdown(hide_streamlit_style, unsafe_allow_html=True)

通过类名找到对应的按钮，然后准备好css代码，最后使用st.markdown函数将css渲染到页面上。

这时就可以通过css 隐藏属性来完成。根据按钮的id找到按钮，隐藏该组件。

hide_streamlit_style = """
        <style>
        #MainMenu {visibility: hidden;}
        footer {visibility: hidden;}
        </style>
        """
st.markdown(hide_streamlit_style, unsafe_allow_html=True)

插入js
除了可以插入css之后，streamlit也支持插入js代码，这个功能就赋予streamlit操作html页面的能力。上面修改按钮颜色的需求通过js也能实现。首先通过js找到按钮，然后对元素的属性赋值。

import streamlit as st
import streamlit.components.v1 as components

st.button("点击我")

# hide_streamlit_style = """
#        <style>
#        .ef3psqc11 {background-color: yellowgreen}
#        </style>
#        """
# st.markdown(hide_streamlit_style, unsafe_allow_html=True)



js_btn = '''window.parent.document.getElementsByClassName("ef3psqc11")[0].style.backgroundColor = "bisque"'''
components.html(f'''<script>{js_btn}</script>''', width=0, height=0)

修改js使用的是import streamlit.components.v1 as components，和普通js不同的是需要在js前面加上window.parent，否则不能生效。
除了支持原生js之后，也支持jquery库。

组件工作原理

使用streamlit构建的页面和html构建的页面在工作方式上有很大的不同，streamlit有自己的一套工作机制，具体来说有如下两点注意：

1. streamlit 根据组件在代码的位置，从上至下渲染组件
2. 点击或触发某一个控件之后，代码会从上至下执行一遍

会话状态

在前文中提到streamlit中触发一个按钮会重新执行整个文件，相当于整个代码重新执行一遍，这样带来的一个副作用就是前后两次操作不能互相传递数据。比如下图中想要实现点击确定按钮，将输入的内容展示在最上面。

这个简单的需求反而不好实现，因为点击确定按钮之后，整个程序重新执行，输入的用户名和密码已经是上一次页面的数据，无法传递到下一次页面渲染中。这时就需要会话状态来解决这个问题了。
首先解释一下streamlit中的会话。在streamlit中一个tab页表示一个会话，新开tab页或者刷新页面都代表会话失效。会话机制提供了一种能力：在会话中，也就是一个tab中存在一个全局对象，支持插入、更新、删除数据，该对象在会话任何时机都可以使用。会话机制可以有效解决页面渲染前后带来的数据传递问题。
下面看看通过会话机制如何解决数据传递

import streamlit as st

msg = ""
if "name" in st.session_state:
    msg = {"name": st.session_state.name, "passwd": st.session_state.passwd}

st.write(f"输入的内容是：{msg}")
name = st.text_input(label="用户名：")
passwd = st.text_input(label="密码：")
submit = st.button("确定")
if submit:
    st.session_state["name"] = name
    st.session_state["passwd"] = passwd

streamlit run text_input.py 

st.session_state 就是会话机制的全局变量，在按钮点击之后向st.session_state中更新数据，当新一轮循环开始时判断st.session_state中是否有name属性，如果存在name数据表明会话中有数据，读取数据展示出来。
st.session_state支持即支持字典的数据管理方式，也支持属性的管理方式。也就是说获取一个数据，st.session_state["data"] 和 st.session_state.data都是支持的

避坑指南

在实际使用streamlit中也有到一些让人困惑的事情，下面列举出来避免有人同样踩坑。

不同按钮的监听方式会影响组件渲染顺序

按钮有两种监听方式，分别是监听按钮变量和绑定回调函数

# 按钮监听方法1
submit = st.button()
if submit:
    pass 


# 按钮监听方法2
submit = st.button(on_click=handler_click)

这两种监听方式有不同的组件渲染顺序。具体来说是：

1. 使用监听按钮方式，点击按钮之后程序重新执行所有代码，执行到按钮时进入监听代码片段
2. 使用回调函数，点击按钮之后先执行回调函数，再重新执行所有代码

如下获取输入框信息，就会发现获取的是button出现时input输入框的状态，而不是最新的状态

import streamlit as st

def get_username_passwd(username, password):
    st.write("username:", username, "password:", password)


with st.form("登录页面"):
    username = st.text_input("用户名")
    password = st.text_input("密码")

    # 使用on_click的方法，获取的是button出现时input输入框的状态，而不是最新的状态。逆天bug
    submitted = st.form_submit_button("登录", on_click=get_username_passwd, args=(username, password))

元素没有固定ID

在streamlit中生成的页面没有固定的class name 或 id。在不同环境下可能生成不一样的class name。所以通过js或css修改页面的方法往往不能通用，因为类名会发生变化。
可靠的获取元素的方法是使用 data-testid="stFormSubmitButton"中的 data_testid。

但是如果页面中有多个相同属性的 data-testid，那么这种方式也不可靠。

使用建议

来自三体人的呐喊：
不要在大型项目中使用！
不要在大型项目中使用！
不要在大型项目中使用！

streamlit调整布局是一件痛苦的事情。个人真实感受：如果说做项目想盖房子，做普通项目是用水泥砖头盖房子，用streamlit像是用积木盖房子，感觉碰一下就倒了。

streamlit更适合用在功能单一，页面较少，没有页面跳转的项目上。各种封装好的组件能够快速实现一个最小可行性产品（MVP），避免算法工程师在前端页面花费太长时间。