后端框架之Flask--SQLAlchemy 数据库操作

1、ORM

• ORM 全拼Object-Relation Mapping.
• 中文意为 对象-关系映射.

• 主要实现模型对象到关系数据库数据的映射.

ORM图解：

优点 :

• 只需要面向对象编程, 不需要面向数据库编写代码.
  • 对数据库的操作都转化成对类属性和方法的操作.
  • 不用编写各种数据库的sql语句.
• 实现了数据模型与数据库的解耦, 屏蔽了不同数据库操作上的差异.
  • 不在关注用的是mysql、oracle...等.
  • 通过简单的配置就可以轻松更换数据库, 而不需要修改代码.

缺点 :

• 相比较直接使用SQL语句操作数据库,有性能损失.
• 根据对象的操作转换成SQL语句,根据查询的结果转化成对象, 在映射过程中有性能损失.

2、Flask-SQLAlchemy

SQLALchemy 实际上是对数据库的抽象，让开发者不用直接和 SQL 语句打交道，而是通过 Python 对象来操作数据库，在舍弃一些性能开销的同时，换来的是开发效率的较大提升；

SQLAlchemy是一个关系型数据库框架，它提供了高层的 ORM 和底层的原生数据库的操作。flask-sqlalchemy 是一个简化了 SQLAlchemy 操作的flask扩展。

安装 flask-sqlalchemy命令：

pip install flask-sqlalchemy

如果连接的是 mysql 数据库，需要安装 mysqldb

pip install flask-mysqldb

注：window 环境下 不支持mysqldb， 需要在/sqlalchemy\dialects\mysql\mysqldb.py 文件导包处加上如下代码:import pymysql     pymysql.install_as_MySQLdb() ; 然后在执行pip install pymysql。

3、数据库连接设置及相关配置

在Flask-SQLAlchemy 中，数据库使用URL指定，而且程序使用的数据库必须保存到Flask配置对象的SQLALCHEMY_DATABASE_URI 键中

app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'mysql://root:mysql@127.0.0.1:3306/test'

其他设置：

# 动态追踪修改设置，如未设置只会提示警告
app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True
#查询时会显示原始SQL语句
app.config['SQLALCHEMY_ECHO'] = True

名字	备注
SQLALCHEMY_DATABASE_URI	用于连接的数据库 URI 。例如:sqlite:////tmp/test.dbmysql://username:password@server/db
SQLALCHEMY_BINDS	一个映射 binds 到连接 URI 的字典。更多 binds 的信息见用 Binds 操作多个数据库。
SQLALCHEMY_ECHO	如果设置为Ture， SQLAlchemy 会记录所有 发给 stderr 的语句，这对调试有用。(打印sql语句)
SQLALCHEMY_RECORD_QUERIES	可以用于显式地禁用或启用查询记录。查询记录 在调试或测试模式自动启用。更多信息见get_debug_queries()。
SQLALCHEMY_NATIVE_UNICODE	可以用于显式禁用原生 unicode 支持。当使用 不合适的指定无编码的数据库默认值时，这对于 一些数据库适配器是必须的（比如 Ubuntu 上 某些版本的 PostgreSQL ）。
SQLALCHEMY_POOL_SIZE	数据库连接池的大小。默认是引擎默认值（通常 是 5 ）
SQLALCHEMY_POOL_TIMEOUT	设定连接池的连接超时时间。默认是 10 。
SQLALCHEMY_POOL_RECYCLE	多少秒后自动回收连接。这对 MySQL 是必要的， 它默认移除闲置多于 8 小时的连接。注意如果 使用了 MySQL ， Flask-SQLALchemy 自动设定 这个值为 2 小时。

4、常用的SQLAlchemy字段类型

类型名	python中类型	说明
Integer	int	普通整数，一般是32位
SmallInteger	int	取值范围小的整数，一般是16位
BigInteger	int或long	不限制精度的整数
Float	float	浮点数
Numeric	decimal.Decimal	普通整数，一般是32位
String	str	变长字符串
Text	str	变长字符串，对较长或不限长度的字符串做了优化
Unicode	unicode	变长Unicode字符串
UnicodeText	unicode	变长Unicode字符串，对较长或不限长度的字符串做了优化
Boolean	bool	布尔值
Date	datetime.date	时间
Time	datetime.datetime	日期和时间
LargeBinary	str	二进制文件

5、常用的SQLAlchemy列选项

选项名	说明
primary_key	如果为True，代表表的主键
unique	如果为True，代表这列不允许出现重复的值
index	如果为True，为这列创建索引，提高查询效率
nullable	如果为True，允许有空值，如果为False，不允许有空值
default	为这列定义默认值

6、常用的SQLAlchemy关系选项

选项名	说明
backref	在关系的另一模型中添加反向引用
primary join	明确指定两个模型之间使用的联结条件
uselist	如果为False，不使用列表，而使用标量值
order_by	指定关系中记录的排序方式
secondary	指定多对多关系中关系表的名字
secondary join	在SQLAlchemy中无法自行决定时，指定多对多关系中的二级联结条件

7、Flask-SQLAlchemy数据库基本操作

在Flask-SQLAlchemy中，插入、修改、删除操作，均由数据库会话管理。会话用 db.session 表示。在准备把数据写入数据库前，要先将数据添加到会话中然后调用 commit() 方法提交会话；查询操作是通过 query 对象操作数据；也可以通过过滤器进行更精确的数据库查询。

7/1    在视图函数中定义模型类

from flask import Flask
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy


app = Flask(__name__)

#设置连接数据库的URL
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'mysql://root:mysql@127.0.0.1:3306/test'

app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True
#查询时会显示原始SQL语句
app.config['SQLALCHEMY_ECHO'] = True
db = SQLAlchemy(app)

class Role(db.Model):
    # 定义表名
    __tablename__ = 'roles'
    # 定义列对象
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    name = db.Column(db.String(64), unique=True)
    us = db.relationship('User', backref='role')

    #repr()方法显示一个可读字符串
    def __repr__(self):
        return 'Role:%s'% self.name

class User(db.Model):
    __tablename__ = 'users'
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    name = db.Column(db.String(64), unique=True, index=True)
    email = db.Column(db.String(64),unique=True)
    password = db.Column(db.String(64))
    role_id = db.Column(db.Integer, db.ForeignKey('roles.id'))

    def __repr__(self):
        return 'User:%s'%self.name
if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True) 

7、2    模型之前的关联

一对多

class Role(db.Model):
    ...
    #关键代码
    us = db.relationship('User', backref='role', lazy='dynamic')
    ...

class User(db.Model):
    ...
    role_id = db.Column(db.Integer, db.ForeignKey('roles.id'))

• 其中realtionship描述了Role和User的关系。在此文中，第一个参数为对应参照的类"User"
• 第二个参数backref为类User申明新属性的方法
• 第三个参数lazy决定了什么时候SQLALchemy从数据库中加载数据
  • 如果设置为子查询方式(subquery)，则会在加载完Role对象后，就立即加载与其关联的对象，这样会让总查询数量减少，但如果返回的条目数量很多，就会比较慢
    • 设置为 subquery 的话，role.users 返回所有数据列表
  • 另外,也可以设置为动态方式(dynamic)，这样关联对象会在被使用的时候再进行加载，并且在返回前进行过滤，如果返回的对象数很多，或者未来会变得很多，那最好采用这种方式
    • 设置为 dynamic 的话，role.users 返回查询对象，并没有做真正的查询，可以利用查询对象做其他逻辑，比如：先排序再返回结果

多对多

registrations = db.Table('registrations',  
    db.Column('student_id', db.Integer, db.ForeignKey('students.id')),  
    db.Column('course_id', db.Integer, db.ForeignKey('courses.id'))  
)  
class Course(db.Model):
    ...
class Student(db.Model):
    ...
    courses = db.relationship('Course',secondary=registrations,  
                                    backref='students',  
                                    lazy='dynamic')

7、3    常用的SQLAlchemy查询过滤器

过滤器	说明
filter()	把过滤器添加到原查询上，返回一个新查询
filter_by()	把等值过滤器添加到原查询上，返回一个新查询
limit	使用指定的值限定原查询返回的结果
offset()	偏移原查询返回的结果，返回一个新查询
order_by()	根据指定条件对原查询结果进行排序，返回一个新查询
group_by()	根据指定条件对原查询结果进行分组，返回一个新查询

7、4    常用的SQLAlchemy查询执行器

方法	说明
all()	以列表形式返回查询的所有结果
first()	返回查询的第一个结果，如果未查到，返回None
first_or_404()	返回查询的第一个结果，如果未查到，返回404
get()	返回指定主键对应的行，如不存在，返回None
get_or_404()	返回指定主键对应的行，如不存在，返回404
count()	返回查询结果的数量
paginate()	返回一个Paginate对象，它包含指定范围内的结果

创建表：db.create_all()

删除表：db.drop_all()

插入一条数据：

ro1 = Role(name='admin')
db.session.add(ro1)
db.session.commit()
#再次插入一条数据
ro2 = Role(name='user')
db.session.add(ro2)
db.session.commit()

7、5    查询:filter_by精确查询

# 返回名字等于wang的所有人
User.query.filter_by(name='wang').all()

#first()返回查询到的第一个对象
User.query.first()

# all()返回查询到的所有对象
User.query.all()

# filter模糊查询，返回名字结尾字符为g的所有数据。
User.query.filter(User.name.endswith('g')).all()

# get():参数为主键，如果主键不存在没有返回内容
User.query.get()

# 逻辑非，返回名字不等于wang的所有数据
User.query.filter(User.name!='wang').all()

# not_ 相当于取反
from sqlalchemy import not_
User.query.filter(not_(User.name=='chen')).all()

# 逻辑与，需要导入and，返回and()条件满足的所有数据
from sqlalchemy import and_
User.query.filter(and_(User.name!='wang',User.email.endswith('163.com'))).all()

# 逻辑或，需要导入or_
from sqlalchemy import or_
User.query.filter(or_(User.name!='wang',User.email.endswith('163.com'))).all()

# 查询数据后删除
user = User.query.first()
db.session.delete(user)
db.session.commit()
User.query.all()

# 更新数据
user = User.query.first()
user.name = 'dong'
db.session.commit()
User.query.first()

7、6     关联查询示例：

角色和用户的关系是一对多的关系，一个角色可以有多个用户，一个用户只能属于一个角色。

• 查询角色的所有用户

#查询roles表id为1的角色
ro1 = Role.query.get(1)
#查询该角色的所有用户
ro1.us.all()

• 查询用户所属角色

#查询users表id为3的用户
us1 = User.query.get(3)
#查询用户属于什么角色
us1.role

8、数据库迁移

• 在开发过程中，需要修改数据库模型，而且还要在修改之后更新数据库。最直接的方式就是删除旧表，但这样会丢失数据。
• 更好的解决办法是使用数据库迁移框架，它可以追踪数据库模式的变化，然后把变动应用到数据库中。
• 在Flask中可以使用Flask-Migrate扩展，来实现数据迁移。并且集成到Flask-Script中，所有操作通过命令就能完成。
• 为了导出数据库迁移命令，Flask-Migrate提供了一个MigrateCommand类，可以附加到flask-script的manager对象上。
•  安装命令：pip install flask-migrate

代码如下：

from flask import Flask

from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
from flask_migrate import Migrate,MigrateCommand
from flask_script import Shell,Manager

app = Flask(__name__)
manager = Manager(app)

app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'mysql://root:mysql@127.0.0.1:3306/Flask_test'
app.config['SQLALCHEMY_COMMIT_ON_TEARDOWN'] = True
app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True
db = SQLAlchemy(app)

#第一个参数是Flask的实例，第二个参数是Sqlalchemy数据库实例
migrate = Migrate(app,db) 

#manager是Flask-Script的实例，这条语句在flask-Script中添加一个db命令
manager.add_command('db',MigrateCommand)

#定义模型Role
class Role(db.Model):
    # 定义表名
    __tablename__ = 'roles'
    # 定义列对象
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    name = db.Column(db.String(64), unique=True)
    user = db.relationship('User', backref='role')

    #repr()方法显示一个可读字符串，
    def __repr__(self):
        return 'Role:'.format(self.name)

#定义用户
class User(db.Model):
    __talbe__ = 'users'
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    username = db.Column(db.String(64), unique=True, index=True)
    #设置外键
    role_id = db.Column(db.Integer, db.ForeignKey('roles.id'))

    def __repr__(self):
        return 'User:'.format(self.username)


if __name__ == '__main__':
    manager.run()

# 总结迁移的命令：

# 1. 迁移初始化(生成迁移所需要文件夹 migrations) python xxxx.py db init

# 2. 生成迁移版本文件 python xxxx.py db migrate -m "initial"

# 3. 执行迁移(往上迁移)、更新      python xxxx.py db upgrate

# 4. 查看相应版本号    python app.py db history

# 5. 回滚到指定版本号    python app.py db downgrade 版本号

9、信号机制

9、1    Flask信号机制

信号依赖于Blinker库。 ----     pip install blinker

flask内置信号列表： http://docs.jinkan.org/docs/flask/api.html#id17

template_rendered = _signals.signal('template-rendered')
request_started = _signals.signal('request-started')
request_finished = _signals.signal('request-finished')
request_tearing_down = _signals.signal('request-tearing-down')
got_request_exception = _signals.signal('got-request-exception')
appcontext_tearing_down = _signals.signal('appcontext-tearing-down')
appcontext_pushed = _signals.signal('appcontext-pushed')
appcontext_popped = _signals.signal('appcontext-popped')
message_flashed = _signals.signal('message-flashed')

9、2    信号应用场景

Flask-User 这个扩展中定义了名为 user_logged_in 的信号，当用户成功登入之后，这个信号会被发送。我们可以订阅该信号去追踪登录次数和登录IP：

from flask import request
from flask_user.signals import user_logged_in

@user_logged_in.connect_via(app)
def track_logins(sender, user, **extra):
    user.login_count += 1
    user.last_login_ip = request.remote_addr
    db.session.add(user)
    db.session.commit()

9、3    Flask-SQLAlchemy 信号支持

在 Flask-SQLAlchemy 模块中，0.10 版本开始支持信号，可以连接到信号来获取到底发生什么了的通知。存在于下面两个信号：

• models_committed
  • 这个信号在修改的模型提交到数据库时发出。发送者是发送修改的应用，模型 和 操作描述符 以 (model, operation) 形式作为元组，这样的元组列表传递给接受者的 changes 参数。
  • 该模型是发送到数据库的模型实例，当一个模型已经插入，操作是 'insert' ，而已删除是 'delete' ，如果更新了任何列，会是 'update' 。
• before_models_committed
  • 除了刚好在提交发送前发生，与 models_committed 完全相同。

from flask_sqlalchemy import models_committed

# 给 models_committed 信号添加一个订阅者，即为当前 app
@models_committed.connect_via(app)
def models_committed(a, changes):
    print(a, changes)

10、常见关系模板代码

10、1    一对多

• 示例场景：
  • 用户与其发布的帖子(用户表与帖子表)
  • 角色与所属于该角色的用户(角色表与多用户表)
• 示例代码

class Role(db.Model):
    """角色表"""
    __tablename__ = 'roles'

    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    name = db.Column(db.String(64), unique=True)
    users = db.relationship('User', backref='role', lazy='dynamic')

class User(db.Model):
    """用户表"""
    __tablename__ = 'users'
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    name = db.Column(db.String(64), unique=True, index=True)

10、2    多对多

• 示例场景
  • 讲师与其上课的班级(讲师表与班级表)
  • 用户与其收藏的新闻(用户表与新闻表)
  • 学生与其选修的课程(学生表与选修课程表)
• 示例代码

tb_student_course = db.Table('tb_student_course',
                             db.Column('student_id', db.Integer, db.ForeignKey('students.id')),
                             db.Column('course_id', db.Integer, db.ForeignKey('courses.id'))
                             )

class Student(db.Model):
    __tablename__ = "students"
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    name = db.Column(db.String(64), unique=True)

    courses = db.relationship('Course', secondary=tb_student_course,
                              backref=db.backref('students', lazy='dynamic'),
                              lazy='dynamic')

class Course(db.Model):
    __tablename__ = "courses"
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    name = db.Column(db.String(64), unique=True)

10、3    自关联一对多

• 示例场景
  • 评论与该评论的子评论(评论表)
  • 参考网易新闻
• 示例代码

class Comment(db.Model):
    """评论"""
    __tablename__ = "comments"

    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    # 评论内容
    content = db.Column(db.Text, nullable=False)
    # 父评论id
    parent_id = db.Column(db.Integer, db.ForeignKey("comments.id"))
    # 父评论(也是评论模型)
    parent = db.relationship("Comment", remote_side=[id],
                             backref=db.backref('childs', lazy='dynamic'))

# 测试代码
if __name__ == '__main__':
    db.drop_all()
    db.create_all()

    com1 = Comment(content='我是主评论1')
    com2 = Comment(content='我是主评论2')
    com11 = Comment(content='我是回复主评论1的子评论1')
    com11.parent = com1
    com12 = Comment(content='我是回复主评论1的子评论2')
    com12.parent = com1

    db.session.add_all([com1, com2, com11, com12])
    db.session.commit()
    app.run(debug=True)

10、4    自关联多对多

• 示例场景

  • 用户关注其他用户(用户表，中间表)

• 示例代码

tb_user_follows = db.Table(
    "tb_user_follows",
    db.Column('follower_id', db.Integer, db.ForeignKey('info_user.id'), primary_key=True),  # 粉丝id
    db.Column('followed_id', db.Integer, db.ForeignKey('info_user.id'), primary_key=True)  # 被关注人的id
)

class User(db.Model):
    """用户表"""
    __tablename__ = "info_user"

    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)  
    name = db.Column(db.String(32), unique=True, nullable=False)

    # 用户所有的粉丝，添加了反向引用followed，代表用户都关注了哪些人
    followers = db.relationship('User',
                                secondary=tb_user_follows,
                                primaryjoin=id == tb_user_follows.c.followed_id,
                                secondaryjoin=id == tb_user_follows.c.follower_id,
                                backref=db.backref('followed', lazy='dynamic'),
                                lazy='dynamic')