利用Python的Django框架中的ORM建立查詢API

更新時(shí)間：2015年04月20日 11:04:47 投稿：goldensun

這篇文章主要介紹了利用Python的Django框架中的ORM建立查詢API,對(duì)Managers和QuerySets進(jìn)行了著重介紹,需要的朋友可以參考下

摘要

在這篇文章里，我將以反模式的角度來(lái)直接討論Django的低級(jí)ORM查詢方法的使用。作為一種替代方式，我們需要在包含業(yè)務(wù)邏輯的模型層建立與特定領(lǐng)域相關(guān)的查詢API，這些在Django中做起來(lái)不是非常容易，但通過(guò)深入地了解ORM的內(nèi)容原理，我將告訴你一些簡(jiǎn)捷的方式來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。

概覽

當(dāng)編寫(xiě)Django應(yīng)用程序時(shí)，我們已經(jīng)習(xí)慣通過(guò)添加方法到模型里以此達(dá)到封裝業(yè)務(wù)邏輯并隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。這種方法看起來(lái)是非常的自然，而且實(shí)際上它也用在Django的內(nèi)建應(yīng)用中。

>>> from django.contrib.auth.models import User
>>> user = User.objects.get(pk=5)
>>> user.set_password('super-sekrit')
>>> user.save()

這里的set_password就是一個(gè)定義在django.contrib.auth.models.User模型中的方法，它隱藏了對(duì)密碼進(jìn)行哈希操作的具體實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的代碼看起來(lái)應(yīng)該是這樣：

from django.contrib.auth.hashers import make_password
 
class User(models.Model):
 
  # fields go here..
 
  def set_password(self, raw_password):
    self.password = make_password(raw_password)

我們正在使用Django，建立一個(gè)特定領(lǐng)域的頂部通用接口，低等級(jí)的ORM工具。在此基礎(chǔ)上，增加抽象等級(jí)，減少交互代碼。這樣做的好處是使代碼更具可讀性、重用性和健壯性。

我們已經(jīng)在單獨(dú)的例子中這樣做了，下面將會(huì)把它用在獲取數(shù)據(jù)庫(kù)信息的例子中。

為了描述這個(gè)方法，我們使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的app(todo list)來(lái)說(shuō)明。

注意：這是一個(gè)例子。因?yàn)楹茈y用少量的代碼展示一個(gè)真實(shí)的例子。不要過(guò)多的關(guān)心todo list繼承他自己，而要把重點(diǎn)放在如何讓這個(gè)方法運(yùn)行。
下面就是models.py文件:

from django.db import models
 
PRIORITY_CHOICES = [(1, 'High'), (2, 'Low')]
 
class Todo(models.Model):
  content = models.CharField(max_length=100)
  is_done = models.BooleanField(default=False)
  owner = models.ForeignKey('auth.User')
  priority = models.IntegerField(choices=PRIORITY_CHOICES, default=1

想像一下，我們將要傳遞這些數(shù)據(jù)，建立一個(gè)view，來(lái)為當(dāng)前用戶展示不完整的，高優(yōu)先級(jí)的 Todos。這里是代碼：

def dashboard(request):
 
  todos = Todo.objects.filter(
    owner=request.user
  ).filter(
    is_done=False
  ).filter(
    priority=1
  )
 
  return render(request, 'todos/list.html', {
    'todos': todos,
  })

注意：這里可以寫(xiě)成request.user.todo_set.filter(is_done=False, priority=1)。但是這里只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

為什么這樣寫(xiě)不好呢？

首先，代碼冗長(zhǎng)。七行代碼才能完成，正式的項(xiàng)目中，將會(huì)更加復(fù)雜。

其次，泄露實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。比如代碼中的is_done是BooleanField，如果改變了他的類(lèi)型，代碼就不能用了。

然后就是，意圖不清晰，很難理解。

最后，使用中會(huì)有重復(fù)。例：你需要寫(xiě)一行命令，通過(guò)cron，每周發(fā)送給所有用戶一個(gè)todo list，這時(shí)候你就需要復(fù)制-粘貼著七行代碼。這不符合DRY（do not repeat yourself）

讓我們大膽的猜測(cè)一下：直接使用低等級(jí)的ORM代碼是反模式的。
如何改進(jìn)呢？

使用 Managers 和 QuerySets
首先，讓我們先了解一下概念。

Django 有兩個(gè)關(guān)系密切的與表級(jí)別操作相關(guān)的構(gòu)圖：managers 和 querysets

manager(django.db.models.manager.Manager的一個(gè)實(shí)例)被描述成 “通過(guò)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)提供給Django的插件”。Manager是表級(jí)別功能的通往ORM大門(mén)。每一個(gè)model都有一個(gè)默認(rèn)的manager，叫做objects。
Quesyset (django.db.models.query.QuerySet) 是“數(shù)據(jù)庫(kù)中objects的集合”。本質(zhì)上是一個(gè)SELECT查詢，也可以使用過(guò)濾，排序等（filtered,ordered），來(lái)限制或者修改查詢到的數(shù)據(jù)。用來(lái) 創(chuàng)建或操縱 django.db.models.sql.query.Query實(shí)例，然后通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)后端在真正的SQL中查詢。

啊？你還不明白？

隨著你慢慢深入的了解ORM，你就會(huì)明白Manager和QuerySet之間的區(qū)別了。

人們會(huì)被所熟知的Manager接口搞糊涂，因?yàn)樗⒉皇强瓷先ツ菢印?/p>

Manager接口就是個(gè)謊言。

QuerySet方法是可鏈接的。每一次調(diào)用QuerySet的方法（如:filter）都會(huì)返回一個(gè)復(fù)制的queryset等待下一次的調(diào)用。這也是Django ORM 流暢之美的一部分。

但是當(dāng)Model.objects 是一個(gè) Manager時(shí)，就出現(xiàn)問(wèn)題了。我們需要調(diào)用objects作為開(kāi)始，然后鏈接到結(jié)果的QuerySet上去。

那么Django又是如何解決呢？

接口的謊言由此暴露，所有的QuerySet 方法基于Manager。在這個(gè)方法中，通過(guò)self.get_query_set()的代理，重新創(chuàng)建一個(gè)

QuerySet。
 
class Manager(object):
 
  # SNIP some housekeeping stuff..
 
  def get_query_set(self):
    return QuerySet(self.model, using=self._db)
 
  def all(self):
    return self.get_query_set()
 
  def count(self):
    return self.get_query_set().count()
 
  def filter(self, *args, **kwargs):
    return self.get_query_set().filter(*args, **kwargs)
 
  # and so on for 100+ lines...

更多代碼，請(qǐng)參照Manager的資源文件。

讓我們立刻回到todo list ，解決query接口的問(wèn)題。Django推薦的方法是自定義Manager子類(lèi)，并加在models中。

你也可以在model中增加多個(gè)managers，或者重新定義objects，也可以維持單個(gè)的manager，增加自定義方法。

下面讓我們實(shí)驗(yàn)一下這幾種方法：

方法1：多managers

class IncompleteTodoManager(models.Manager):
  def get_query_set(self):
    return super(TodoManager, self).get_query_set().filter(is_done=False)
 
class HighPriorityTodoManager(models.Manager):
  def get_query_set(self):
    return super(TodoManager, self).get_query_set().filter(priority=1)
 
class Todo(models.Model):
  content = models.CharField(max_length=100)
  # other fields go here..
 
  objects = models.Manager() # the default manager
 
  # attach our custom managers:
  incomplete = models.IncompleteTodoManager()
  high_priority = models.HighPriorityTodoManager()

這個(gè)接口將以這樣的方式展現(xiàn)：

>>> Todo.incomplete.all()
>>> Todo.high_priority.all()

這個(gè)方法有幾個(gè)問(wèn)題。

第一，這種實(shí)現(xiàn)方式比較啰嗦。你要為每一個(gè)query自定義功能定義一個(gè)class。

第二，這將會(huì)弄亂你的命名空間。Django開(kāi)發(fā)者吧Model.objects看做表的入口。這樣做會(huì)破壞命名規(guī)則。

第三，不可鏈接的。這樣做不能將managers組合在一起，獲得不完整，高優(yōu)先級(jí)的todos，還是回到低等級(jí)的ORM代碼：Todo.incomplete.filter(priority=1) 或Todo.high_priority.filter(is_done=False)
綜上，使用多managers的方法，不是最優(yōu)選擇。

方法2: Manager 方法

現(xiàn)在，我們?cè)囅缕渌鸇jango允許的方法：在單個(gè)自定義Manager中的多個(gè)方法

class TodoManager(models.Manager):
  def incomplete(self):
    return self.filter(is_done=False)
 
  def high_priority(self):
    return self.filter(priority=1)
 
class Todo(models.Model):
  content = models.CharField(max_length=100)
  # other fields go here..
 
  objects = TodoManager()

我們的API 現(xiàn)在看起來(lái)是這樣：

>>> Todo.objects.incomplete()
>>> Todo.objects.high_priority()

這個(gè)方法顯然更好。它沒(méi)有太多累贅（只有一個(gè)Manager類(lèi)）并且這種查詢方法很好地在對(duì)象后預(yù)留命名空間。（譯注：可以很形象、方便地添加更多的方法）
不過(guò)這還不夠全面。 Todo.objects.incomplete() 返回一個(gè)普通查詢，但我們無(wú)法使用 Todo.objects.incomplete().high_priority() 。我們卡在 Todo.objects.incomplete().filter(is_done=False)，沒(méi)有使用。

方法3：自定義QuerySet

現(xiàn)在我們已進(jìn)入Django尚未開(kāi)放的領(lǐng)域，Django文檔中找不到這些內(nèi)容。。。

class TodoQuerySet(models.query.QuerySet):
  def incomplete(self):
    return self.filter(is_done=False)
 
  def high_priority(self):
    return self.filter(priority=1)
 
class TodoManager(models.Manager):
  def get_query_set(self):
    return TodoQuerySet(self.model, using=self._db)
 
class Todo(models.Model):
  content = models.CharField(max_length=100)
  # other fields go here..
 
  objects = TodoManager()

我們從以下調(diào)用的視圖代碼中可以看出端倪：

>>> Todo.objects.get_query_set().incomplete()
>>> Todo.objects.get_query_set().high_priority()
>>> # (or)
>>> Todo.objects.all().incomplete()
>>> Todo.objects.all().high_priority()

差不多完成了！這并沒(méi)有比第2個(gè)方法多多少累贅，卻得到方法2同樣的好處，和額外的效果（來(lái)點(diǎn)鼓聲吧...），它終于可鏈?zhǔn)讲樵兞耍?br />

>>> Todo.objects.all().incomplete().high_priority()

然而它還不夠完美。這個(gè)自定義的Manager僅僅是一個(gè)樣板而已，而且 all() 還有瑕疵，在使用時(shí)不好把握，而更重要的是不兼容，它讓我們的代碼看起來(lái)有點(diǎn)怪異。

方法3a：復(fù)制Django，代理做所有事

現(xiàn)在我們讓以上”假冒Manager API“討論變得有用：我們知道如何解決這個(gè)問(wèn)題。我們簡(jiǎn)單地在Manager中重新定義所有QuerySet方法，然后代理它們返回我們自定義QuerySet：

class TodoQuerySet(models.query.QuerySet):
  def incomplete(self):
    return self.filter(is_done=False)
 
  def high_priority(self):
    return self.filter(priority=1)
 
class TodoManager(models.Manager):
  def get_query_set(self):
    return TodoQuerySet(self.model, using=self._db)
 
  def incomplete(self):
    return self.get_query_set().incomplete()
 
  def high_priority(self):
    return self.get_query_set().high_priority()

這個(gè)能更好地提供我們想要的API：

>>> Todo.objects.incomplete().high_priority() # yay!

除上面那些輸入部分、且非常不DRY，每次你新增一個(gè)文件到QuerySet，或是更改現(xiàn)有的方法標(biāo)記，你必須記住在你的Manager中做相同的更改，否則它可能不會(huì)正常工作。這是配置的問(wèn)題
方法3b： django-model-utils

Python 是一種動(dòng)態(tài)語(yǔ)言。我們就一定能避免所有模塊？一個(gè)名叫Django-model-utils的第三方應(yīng)用帶來(lái)的一點(diǎn)小忙，就會(huì)有點(diǎn)不受控制了。先運(yùn)行 pip install django-model-utils ，然后……

from model_utils.managers import PassThroughManager
 
class TodoQuerySet(models.query.QuerySet):
  def incomplete(self):
    return self.filter(is_done=False)
 
  def high_priority(self):
    return self.filter(priority=1)
 
class Todo(models.Model):
  content = models.CharField(max_length=100)
  # other fields go here..
 
  objects = PassThroughManager.for_queryset_class(TodoQuerySet)()

這要好多了。我們只是象之前一樣簡(jiǎn)單地定義了自定義QuerySet子類(lèi)，然后通過(guò)django-model-utils提供的PassThroughManager類(lèi)附加這些QuerySet到我們的model中。

PassThroughManager 是由__getattr__ 實(shí)現(xiàn)的，它能阻止訪問(wèn)到django定義的“不存在的方法”，并且自動(dòng)代理它們到QuerySet。這里需要小心一點(diǎn)，檢查確認(rèn)我們沒(méi)有在一些特性中沒(méi)有無(wú)限遞歸（這是我為什么推薦使用django-model-utils所提供的用不斷嘗試測(cè)試的方法，而不是自己手工重復(fù)寫(xiě)）。

做這些有什么幫助？

記得上面早些定義的視圖代碼么？

def dashboard(request):
 
  todos = Todo.objects.filter(
    owner=request.user
  ).filter(
    is_done=False
  ).filter(
    priority=1
  )
 
  return render(request, 'todos/list.html', {
    'todos': todos,
  })

加點(diǎn)小改動(dòng)，我們讓它看起來(lái)象這樣：

def dashboard(request):
 
  todos = Todo.objects.for_user(
    request.user
  ).incomplete().high_priority()
 
  return render(request, 'todos/list.html', {
    'todos': todos,
  })

希望你也能同意第二個(gè)版本比第一個(gè)更簡(jiǎn)便，清晰并且更有可讀性。
Django能幫忙么？

讓這整個(gè)事情更容易的方法，已經(jīng)在django開(kāi)發(fā)郵件列表中討論過(guò)，并且得到一個(gè)相關(guān)票據(jù)(譯注：associated ticket叫啥名更好？)。Zachary Voase則建議如下：

class TodoManager(models.Manager):
 
  @models.querymethod
  def incomplete(query):
    return query.filter(is_done=False)

通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的裝飾方法的定義，讓Manager和QuerySet都能使不可用的方法神奇地變?yōu)榭捎谩?/p>

我個(gè)人并不完全贊同使用基于裝飾方法。它略過(guò)了詳細(xì)的信息，感覺(jué)有點(diǎn)“嘻哈”。我感覺(jué)好的方法，增加一個(gè)QuerSet子類(lèi)（而不是Manager子類(lèi)）是更好，更簡(jiǎn)單的途徑。
或者我們更進(jìn)一步思考。退回到在爭(zhēng)議中重新審視Django的API設(shè)計(jì)決定時(shí)，也許我們能得到真實(shí)更深的改進(jìn)。能不再爭(zhēng)吵Managers和QuerySet的區(qū)別嗎（至少澄清一下）？

我很確信，不管以前是否曾經(jīng)有過(guò)這么大的重構(gòu)工作，這個(gè)功能必然要在Django 2.0 甚至更后的版本中。

因此，簡(jiǎn)單概括一下：

在視圖和其他高級(jí)應(yīng)用中使用源生的ORM查詢代碼不是很好的主意。而是用django-model-utils中的PassThroughManager將我們新加的自定義QuerySet API加進(jìn)你的模型中，這能給你以下好處：