Flask狼书笔记 | 05_数据库

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5 数据库

这一章学习如何在Python中使用DBMS（数据库管理系统），来对数据库进行管理和操作。本书使用SQLite作为示例。

注：按下Ctrl+F5，或Shift+F5可以清除浏览器缓存。

5.1 数据库的分类

分为SQL（Structured Query Language）数据库和NoSQL（Not Only SQL）数据库。

  • SQL：稍显复杂，但不容易出错，可以适应大部分场景。
  • NoSQL：灵活，效率高，可扩展性好等。
    • 1、文档存储：使用类json格式来表示数据
    • 2、键值对存储：通过键来存取数据，读写很快，常作为缓存使用。

5.2 ORM

ORM：Object-Relational Mapping，对象关系映射。

作用：

  • 处理查询参数的转义，防止注入。
  • 为不同的DBMS提供统一的接口。
  • 能直接使用Python操作数据库，不需要写SQL语句。

ORM实现了三层映射关系：表 --> Python类，字段 --> 类属性，记录 --> 类实例。

# 定义表
from foo_orm import Model, Column, String 
class Contact(Model):
    __tablename__ = 'contacts'
    name = Column(String(100), nullable=False)
    
# 插入记录
contact = Contact(name="zhang san")

5.3 使用Flask_SQLAlchemy

1、连接数据库：

首先连接数据库需要指定URI（Uniform Resource Identifier，统一资源标识符），URL（统一资源定位符）是它的子集。

常用的数据库URI格式：（p143）

SQLite是基于文件的DBMS，不需要数据库服务器，只需要指定数据库文件的绝对路径。配置数据库URI的代码如下：

from flask import Flask
import os
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

app = Flask(__name__)
t = app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = os.getenv('DATABASE_URL', 'sqlite:///' + os.path.join(app.root_path, 'data.db'))
db = SQLAlchemy(app)

print(t)
print(db)

运行输出：

sqlite:///D:code_allgitCodehelloflask_learn数据库data.db
<SQLAlchemy>

补充：os.getenv是一个Python标准库函数，它用于从环境变量中获取指定的值。这个函数的第一个参数是要查找的环境变量名称，第二个参数是默认值，如果未找到指定的环境变量，则返回这个默认值。

2、定义数据库模型：

模型类继承自SQLAlchemy提供的db.Model基类，表的字段由db.Column类的实例表示。

SQLAlchemy常用的字段类型：（p144）

常用的字段参数：（p145）

class Note(db.Model):
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    body = db.Column(db.Text)

  • 表名称会根据模型的类名称自动生成，可用__tablename__属性指定。

  • 字段名默认为类属性名，看用name关键字参数指定。

3、创建数据库和表：

db.create_all()

可以查看模型对象的建表SQL语句：

from app import Note
from sqlalchemy.schema import CreateTable
print(CreateTable(Note.__table__))

改动模型类后，再次调用create_all()不会更新表结构。可以调用drop_all()方法删除数据库和表，然后重建。

可以自定义一个flaks命令完成数据库的创建工作，对于sqlite创建成功后会生成一个数据库文件，如data.db。

import click
@app.cli.command()
def initdb():
    db.create_all()
    click.echo('Initialized database')

5.4 数据库操作

SQLAlchemy使用数据库会话（也称为事务）来管理数据库操作，会话代表一个临时存储区，对会话对象调用commit()方法时，改动才被提交到数据库。调用rollback()方法可以撤销会话中未提交的改动。

1、CRUD：

即Create、Read、Update、Delete。

  • Create
note = Note(body='hello, world')
db.session.add(note)
db.session.commit()

通过add_all()可以一次提交一个列表。

  • Read
<模型类>.query.<过滤方法>.<查询方法>
Note.query.filter(Note.body=='hello, world').first

Query对象调用过滤方法的返回值仍然是一个Query对象，就像SQL的操作对象和返回结果都是表。查询方法返回的是模型类实例。

常用的SQLAchemy查询方法：（p148） all()，first()， count()， paginate()，get(ident)等

常用过滤方法：（p150） filter()，filter_by()，order_by()，limit()，group_by()等

常用查询操作符：（p150） LIKE，IN，NOT IN，AND，OR等。

  • Update
note = Note.query.get(2)
note.body = 'hello, flask'
db.session.commit()
  • Delete
note = Note.query.get(2)
db.session.delete(note)
db.session.commit()

2、在视图函数里操作数据库：

与在python shell中基本一致。

5.5 定义关系

1、配置Python Shell上下文

使用app.shell_context_processor装饰器注册一个shell上下文处理函数，返回包含变量和变量值的字典。

@app.shell_context_processor
def make_shell_context():
    return dict(db=db, Note=Note)

2、一对多关系

定义一对多关系包含两个部分：定义外键，和定义关系属性。其中关系属性相当于一个快捷查询，不会作为字段被写入到数据库中。下面的关系属性articles会返回该作者所有文章的记录列表。

class Author(db.Model):
    ...
    articles = db.relationship('Article')
    
class Article(db.Model):
    ...
    author_id = db.Column(db.Integer, db.ForeignKey('athor.id'))

可以在两侧都定义一个关系属性，称为双向关系，需要用到back_populates关键字参数，值为另一侧的关系属性名。

class Author(db.Model):
    ...
    articles = db.relationship('Article', back_populates='author')

class Article(db.Model):
    ...
    author_id = db.Column(db.Integer, db.ForeignKey('athor.id'))
    author = db.relationship('Author', back_populates='articles')

可以使用backref简化关系定义，（p163）

疑惑：为什么要手动在两侧都指定反向引用，而不是添加了外键属性之后就自动的呢？是采用了数据库中的索引吗？

定义关系后，建立关系有两种方式，一种是为外键字段赋值，另一种是通过操作关系属性。

# 为外键字段赋值
article_A.author_id = 1
# 操作关系属性: append, remove, pop
Mike.articles.append(article_A)

常用关系函数参数：p161

常用关系记录加载方式：p161

3、一对一关系

实际上是在通过建立一对多关系的双向关系的基础上转化而来，只是在原来”一“的一方设置userlist=False，将集合属性变为标量属性。此后，无法再使用列表语义操作，如append方法。

class Contry(db.Model):
    ...
    capital = db.relationship('Capital', uselist=False)
class Capital(db.Model):
    ...
    contry_id = db.Column(db.Integer, db.ForeignKey('country.id'))
    contry = db.relationship('Country')

4、多对多关系

一对多关系中在“多”的一方存放外键，则“多”一方的每条记录只能有一条关系。我们可以单独创建一个关联表(db.Table)来存储外键，表示多对多关系。使用secondary参数来指定关联表。

association_table = db.Table(
    'association',
	db.Column('student_id', db.Integer, db.ForeignKey('student.id')),
	db.Column('teacher_id', db.Integer, db.ForeignKey('teacher.id')))

class Student(db.Model):
    ...
    teachers = db.relationship('Teacher', secondary=association_table, back_populates='students')

class Teacher(db.Model):
    ...
    students = db.relationship('Student', secondary=association_table, back_populates='teachers')

5.6 更新数据库表

1、重新生成表

方法很简单，但缺点是会丢失原来的所有数据。

db.drop_all()
db.create_all()

2、使用Flask-Migrate迁移（p169）

可以保留数据库中原有的数据。自动生成的迁移命令不一定可靠，必要时检查一下。

flask db init # 创建迁移环境
flask db migrate # 生成迁移脚本
flask db upgrade # 应用迁移
flask db downgrade # 撤销一次迁移

5.7 数据库进阶

1、级联操作（p172）

在relationship方法可以配置cascade参数，所有可用值为save-update，merge，refresh-expire，expunge，delete。默认值为save-update，merge。

class Post(db.Model):
    ...
	comments = db.relationship(..., cascade='save-update, merge, delete')

  • save-update：db.session.add()将Post对象添加到数据库会话时，相关的Comment对象也会被添加到数据库会话。

  • delete：Post记录被删除时，相关的Comment记录也会被删除。

  • delete-orphan：Post与Comment记录解除关系操作时，相应的Comment记录会被删除。

  • all：包含除了delete-orphan之外的所有可用值。

2、事件监听（p176）

在Flask中有请求回调函数，而SQLAlchemy也提供了listens_for()装饰器来注册事件回调函数。装饰器接受两个参数，target表示监听的对象，identifier表示被监听事件的类型。被注册的监听函数需要接收对应事件方法的所有参数。

疑惑：“事件方法”指什么？怎么知道它有哪些参数？

class Draft(db.Model):
    ...
    edit_time = ...
    
@db.event.listens_for(Draft.body, 'set', named=True)
def increment_edit_time(**kwargs):
    if kwargs['target'].edit_time is not None:
        kwargs['target'].edit_time += 1

设置named参数为True可以使用kwargs接收所有参数（不知道为啥）。kwargs中的target参数表示触发事件的模型类实例。

小结

SQLAlchemy入门教程：（p177）http://docs.sqlalchemy.org/en/latest/orm/tutorial.html

数据库这一章我看得有点拖拉，正值开学，可能需要好些天才能找回学习状态。大部分东西我还是之前都有所了解，因此看得比较流畅。在最近开发自己的玩具程序的过程中，数据库这一环节可给我制造了不少麻烦（特别是配环境），它在我眼里的黑盒程度又比较高，书中说到本章只是一个简单的介绍，不过暂时于我也够用了。