Django（Python框架）：Django模型設計與數(shù)據(jù)庫操作

Django（Python框架）：Django模型設計與數(shù)據(jù)庫操作1Django模型基礎1.1模型字段類型在Django中，模型字段類型是定義數(shù)據(jù)庫表結(jié)構的關鍵。每種字段類型都有其特定的用途和屬性，下面是一些常見的字段類型：CharField:用于存儲固定長度的字符串，如姓名、地址等。需要指定max_length參數(shù)。TextField:用于存儲長文本，如文章內(nèi)容。沒有長度限制。IntegerField:存儲整數(shù)。FloatField:存儲浮點數(shù)。BooleanField:存儲布爾值，True或False。DateTimeField:存儲日期和時間。ForeignKey:定義與其他模型的一對多關系。OneToOneField:定義與其他模型的一對一關系。ManyToManyField:定義與其他模型的多對多關系。1.1.1示例代碼fromdjango.dbimportmodels

classAuthor(models.Model):

name=models.CharField(max_length=100)

bio=models.TextField()

birth_date=models.DateField()

classBook(models.Model):

title=models.CharField(max_length=200)

author=models.ForeignKey(Author,on_delete=models.CASCADE)

publication_date=models.DateField()

price=models.FloatField()在這個例子中，Author模型包含姓名、簡介和出生日期字段，而Book模型包含標題、作者（與Author模型的外鍵關系）、出版日期和價格字段。1.2模型字段選項模型字段選項允許你進一步定制字段的行為，例如設置默認值、是否允許空值、字段的唯一性等。以下是一些常用的字段選項：null:是否允許數(shù)據(jù)庫字段為NULL。blank:是否允許表單字段為空。default:字段的默認值。unique:字段是否必須是唯一的。choices:字段的可選值列表。help_text:在表單中顯示的字段幫助文本。1.2.1示例代碼fromdjango.dbimportmodels

classCategory(models.Model):

name=models.CharField(max_length=50,unique=True)

description=models.TextField(blank=True,null=True)

classProduct(models.Model):

name=models.CharField(max_length=100)

price=models.FloatField(default=0.0)

category=models.ForeignKey(Category,on_delete=models.CASCADE)

stock=models.IntegerField(default=0)在這個例子中，Category模型的name字段被設置為唯一，而description字段允許為空和空字符串。Product模型的price和stock字段有默認值。1.3模型關系Django支持多種模型間的關系，包括一對一、一對多和多對多關系。這些關系通過特定的字段類型來定義。1.3.1示例代碼fromdjango.dbimportmodels

classProfile(models.Model):

user=models.OneToOneField(User,on_delete=models.CASCADE)

bio=models.TextField()

classPost(models.Model):

author=models.ForeignKey(User,on_delete=models.CASCADE)

title=models.CharField(max_length=200)

content=models.TextField()

classTag(models.Model):

name=models.CharField(max_length=50)

posts=models.ManyToManyField(Post)在這個例子中，Profile模型與User模型是一對一關系，Post模型與User模型是一對多關系，而Tag模型與Post模型是多對多關系。1.4模型方法模型方法可以添加額外的功能，如自定義保存方法、計算屬性等。下面是一個自定義保存方法的例子：1.4.1示例代碼fromdjango.dbimportmodels

classBook(models.Model):

title=models.CharField(max_length=200)

author=models.CharField(max_length=100)

publication_date=models.DateField()

defsave(self,*args,**kwargs):

#在保存前執(zhí)行一些邏輯，例如檢查標題是否為空

ifnotself.title:

raiseValueError("Titlecannotbeempty")

super().save(*args,**kwargs)

def__str__(self):

returnf"{self.title}by{self.author}"在這個例子中，Book模型有一個自定義的save方法，用于在保存前檢查標題是否為空。同時，__str__方法被重寫，以便在管理界面中更友好地顯示模型實例。以上就是Django模型設計與數(shù)據(jù)庫操作的基礎內(nèi)容，通過這些知識，你可以開始構建復雜的數(shù)據(jù)模型，并有效地與數(shù)據(jù)庫進行交互。2模型設計最佳實踐2.1數(shù)據(jù)規(guī)范化數(shù)據(jù)規(guī)范化是數(shù)據(jù)庫設計中的一個關鍵步驟，旨在減少數(shù)據(jù)冗余和提高數(shù)據(jù)完整性。在Django中，通過合理設計模型字段和關系，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的規(guī)范化。2.1.1示例：避免冗余字段假設我們有以下兩個模型，分別代表Department（部門）和Employee（員工）：fromdjango.dbimportmodels

classDepartment(models.Model):

name=models.CharField(max_length=100)

location=models.CharField(max_length=100)

classEmployee(models.Model):

name=models.CharField(max_length=100)

department_name=models.CharField(max_length=100)#冗余字段

department_location=models.CharField(max_length=100)#冗余字段

position=models.CharField(max_length=100)這里，Employee模型中的department_name和department_location字段是冗余的，因為這些信息已經(jīng)存儲在Department模型中。更好的設計是使用外鍵關系：fromdjango.dbimportmodels

classDepartment(models.Model):

name=models.CharField(max_length=100)

location=models.CharField(max_length=100)

classEmployee(models.Model):

department=models.ForeignKey(Department,on_delete=models.CASCADE)

name=models.CharField(max_length=100)

position=models.CharField(max_length=100)這樣，每個員工都關聯(lián)到一個部門，避免了數(shù)據(jù)的重復存儲，提高了數(shù)據(jù)的一致性和完整性。2.2使用抽象基類抽象基類在Django模型中用于定義一組通用字段，這些字段可以被多個模型繼承，而不會創(chuàng)建額外的數(shù)據(jù)庫表。2.2.1示例：通用信息模型假設我們有多個模型，如Article、Comment和User，它們都需要包含創(chuàng)建時間和更新時間的字段。我們可以創(chuàng)建一個抽象基類TimestampedModel：fromdjango.dbimportmodels

fromdjango.utilsimporttimezone

classTimestampedModel(models.Model):

created_at=models.DateTimeField(auto_now_add=True)

updated_at=models.DateTimeField(auto_now=True)

classMeta:

abstract=True然后，其他模型可以繼承這個抽象基類：classArticle(TimestampedModel):

title=models.CharField(max_length=200)

content=models.TextField()

classComment(TimestampedModel):

text=models.CharField(max_length=200)

article=models.ForeignKey(Article,on_delete=models.CASCADE)

classUser(TimestampedModel):

username=models.CharField(max_length=50)

email=models.EmailField()這樣，Article、Comment和User模型都將自動包含created_at和updated_at字段，而無需為這些字段創(chuàng)建額外的數(shù)據(jù)庫表。2.3模型繼承Django模型可以繼承自其他模型，這允許我們創(chuàng)建具有共同屬性的模型基類，然后由具體模型繼承這些屬性。2.3.1示例：員工與經(jīng)理模型假設我們想要創(chuàng)建一個Manager模型，它繼承自Employee模型，但添加了額外的managed_department字段：fromdjango.dbimportmodels

classEmployee(models.Model):

name=models.CharField(max_length=100)

department=models.ForeignKey(Department,on_delete=models.CASCADE)

position=models.CharField(max_length=100)

classManager(Employee):

managed_department=models.ForeignKey(Department,on_delete=models.CASCADE,related_name='managers')這里，Manager模型繼承了Employee模型的所有字段，并添加了managed_department字段。在數(shù)據(jù)庫中，Manager將被視為Employee的一個子類，而不會創(chuàng)建一個額外的表。2.4模型信號Django的信號允許模型在某些操作（如創(chuàng)建、更新或刪除）時觸發(fā)事件。這可以用于執(zhí)行額外的邏輯，如更新相關數(shù)據(jù)或發(fā)送通知。2.4.1示例：員工入職通知假設我們想要在員工創(chuàng)建時發(fā)送一個通知。我們可以使用post_save信號來實現(xiàn)：fromdjango.dbimportmodels

fromdjango.dispatchimportreceiver

fromdjango.core.mailimportsend_mail

classEmployee(models.Model):

name=models.CharField(max_length=100)

department=models.ForeignKey(Department,on_delete=models.CASCADE)

position=models.CharField(max_length=100)

@receiver(models.signals.post_save,sender=Employee)

defsend_employee_welcome_email(sender,instance,created,**kwargs):

ifcreated:

send_mail(

'Welcometoourcompany',

f'Dear{},\n\nWelcometoourcompany.Wearegladtohaveyouonboard.',

'from@',

[instance.email],

fail_silently=False,

)在這個例子中，send_employee_welcome_email函數(shù)是一個信號接收器，它在Employee模型的實例被創(chuàng)建后發(fā)送一封歡迎郵件。通過使用信號，我們可以將業(yè)務邏輯與模型操作解耦，使得代碼更加模塊化和可維護。以上示例展示了如何在Django中應用數(shù)據(jù)規(guī)范化、抽象基類、模型繼承和模型信號，以創(chuàng)建更高效、更一致和更易于維護的模型設計。3數(shù)據(jù)庫操作3.1查詢數(shù)據(jù)在Django中，查詢數(shù)據(jù)主要通過模型的objects管理器進行。objects是一個默認的管理器，可以調(diào)用各種方法來執(zhí)行數(shù)據(jù)庫查詢。3.1.1示例代碼#假設我們有一個名為Book的模型

frommyapp.modelsimportBook

#查詢所有書籍

all_books=Book.objects.all()

#查詢第一條數(shù)據(jù)

first_book=Book.objects.first()

#查詢最后一條數(shù)據(jù)

last_book=Book.objects.last()

#查詢特定id的書籍

book=Book.objects.get(id=1)

#查詢特定條件的書籍

books_by_author=Book.objects.filter(author='JohnDoe')3.1.2描述all()方法返回模型的所有實例。first()和last()方法分別返回查詢結(jié)果中的第一條和最后一條數(shù)據(jù)。get()方法用于獲取單個對象，如果找不到或找到多個，會拋出異常。filter()方法用于根據(jù)指定的條件過濾數(shù)據(jù)。3.2過濾數(shù)據(jù)過濾數(shù)據(jù)是Django數(shù)據(jù)庫操作中最常用的功能之一，它允許你根據(jù)模型字段的值來選擇數(shù)據(jù)。3.2.1示例代碼#查詢價格在10到20之間的書籍

books_in_price_range=Book.objects.filter(price__gte=10,price__lte=20)

#查詢標題包含“Python”的書籍

books_with_python=Book.objects.filter(title__contains='Python')

#查詢出版日期在2020年之后的書籍

books_after_2020=Book.objects.filter(publication_date__year__gt=2020)

#查詢作者為“JohnDoe”且價格低于15的書籍

books_by_john_under_15=Book.objects.filter(author='JohnDoe',price__lt=15)3.2.2描述price__gte和price__lte分別表示價格大于等于和小于等于。title__contains用于查找標題中包含特定字符串的書籍。publication_date__year__gt用于過濾出版年份大于指定值的書籍。過濾條件可以組合使用，如同時過濾作者和價格。3.3排序數(shù)據(jù)Django允許你對查詢結(jié)果進行排序，可以按照升序或降序排列。3.3.1示例代碼#按價格升序排序

books_sorted_by_price_asc=Book.objects.all().order_by('price')

#按價格降序排序

books_sorted_by_price_desc=Book.objects.all().order_by('-price')

#按出版日期升序排序，然后按價格降序排序

books_sorted_by_date_and_price=Book.objects.all().order_by('publication_date','-price')3.3.2描述order_by()方法用于排序，字段前加-表示降序?？梢酝瑫r指定多個排序字段，Django會按照指定的順序進行排序。3.4聚合數(shù)據(jù)聚合數(shù)據(jù)是Django中處理數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計信息，如計算平均值、最大值、最小值等。3.4.1示例代碼fromdjango.db.modelsimportAvg,Max,Min,Count,Sum

#計算所有書籍的平均價格

average_price=Book.objects.all().aggregate(Avg('price'))

#找到最貴的書籍的價格

max_price=Book.objects.all().aggregate(Max('price'))

#找到最便宜的書籍的價格

min_price=Book.objects.all().aggregate(Min('price'))

#計算書籍總數(shù)

total_books=Book.objects.all().aggregate(Count('id'))

#計算所有書籍的總價格

total_price=Book.objects.all().aggregate(Sum('price'))3.4.2描述aggregate()方法用于執(zhí)行聚合操作，可以使用Django提供的聚合函數(shù)如Avg、Max、Min、Count和Sum。聚合函數(shù)需要指定要操作的字段，如Avg('price')計算價格的平均值。聚合操作返回一個字典，其中鍵是聚合函數(shù)的別名，值是計算結(jié)果。以上示例展示了如何在Django中執(zhí)行基本的數(shù)據(jù)庫操作，包括查詢、過濾、排序和聚合數(shù)據(jù)。這些操作是構建復雜查詢和數(shù)據(jù)處理任務的基礎。4Django模型實例操作4.1創(chuàng)建實例在Django中，模型實例的創(chuàng)建是與數(shù)據(jù)庫交互的基礎。當你定義了一個模型后，可以通過實例化該模型類來創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)庫記錄。4.1.1示例代碼#models.py

fromdjango.dbimportmodels

classBook(models.Model):

title=models.CharField(max_length=100)

author=models.CharField(max_length=100)

publication_date=models.DateField()

price=models.DecimalField(max_digits=5,decimal_places=2)

#views.py

from.modelsimportBook

fromdatetimeimportdate

defcreate_book(request):

#創(chuàng)建一個Book實例

book=Book(title="Python編程",author="GuidovanRossum",publication_date=date(2020,1,1),price=59.99)

#保存到數(shù)據(jù)庫

book.save()4.1.2描述在上述代碼中，我們首先從models.py導入了Book模型。然后在views.py中，我們創(chuàng)建了一個Book實例，設置了其屬性，如標題、作者、出版日期和價格，最后調(diào)用save()方法將這個實例保存到數(shù)據(jù)庫中。4.2更新實例更新模型實例意味著修改數(shù)據(jù)庫中已存在的記錄。這可以通過加載實例，修改其屬性，然后再次保存來實現(xiàn)。4.2.1示例代碼#views.py

from.modelsimportBook

defupdate_book(request):

#加載Book實例

book=Book.objects.get(title="Python編程")

#修改屬性

book.price=69.99

#保存更改

book.save()4.2.2描述在這個例子中，我們使用Book.objects.get()方法來從數(shù)據(jù)庫中加載一個特定的Book實例。然后，我們修改了price屬性，將其從59.99更新為69.99，最后再次調(diào)用save()方法來保存這些更改到數(shù)據(jù)庫。4.3刪除實例刪除模型實例意味著從數(shù)據(jù)庫中永久移除一條記錄。這可以通過調(diào)用實例的delete()方法來實現(xiàn)。4.3.1示例代碼#views.py

from.modelsimportBook

defdelete_book(request):

#加載Book實例

book=Book.objects.get(title="Python編程")

#刪除實例

book.delete()4.3.2描述在刪除實例的代碼中，我們首先使用Book.objects.get()來加載一個特定的Book實例。然后，我們調(diào)用delete()方法來從數(shù)據(jù)庫中刪除這個實例。這將永久移除該記錄，因此在執(zhí)行此操作前應謹慎。4.4實例方法Django允許你在模型類中定義自定義方法，這些方法可以用于執(zhí)行與該模型實例相關的特定操作。4.4.1示例代碼#models.py

fromdjango.dbimportmodels

fromdatetimeimportdate

classBook(models.Model):

title=models.CharField(max_length=100)

author=models.CharField(max_length=100)

publication_date=models.DateField()

price=models.DecimalField(max_digits=5,decimal_places=2)

defis_recent(self):

"""檢查書籍是否在最近一年內(nèi)出版"""

returnself.publication_date>=date.today()-relativedelta(years=1)4.4.2描述在models.py中，我們定義了一個is_recent()方法，該方法檢查書籍的publication_date屬性是否在最近一年內(nèi)。這可以通過比較當前日期與書籍的出版日期來實現(xiàn)。在實際應用中，你可能需要導入relativedelta函數(shù)，它來自dateutil.relativedelta模塊，用于計算日期差。4.5總結(jié)通過上述示例，我們了解了如何在Django中創(chuàng)建、更新、刪除模型實例，以及如何定義和使用實例方法。這些操作是Django應用中數(shù)據(jù)管理的核心部分，掌握它們對于開發(fā)功能豐富的Web應用至關重要。5高級數(shù)據(jù)庫功能5.1事務管理事務管理是Django中一個重要的高級數(shù)據(jù)庫功能，它確保了數(shù)據(jù)庫操作的原子性、一致性、隔離性和持久性（ACID）。在Django中，你可以使用transaction.atomic()裝飾器或withtransaction.atomic()上下文管理器來控制事務的邊界。5.1.1示例：使用事務管理假設我們有兩個模型Order和Product，我們需要在創(chuàng)建訂單時更新產(chǎn)品的庫存。如果庫存更新失敗，我們不希望訂單被創(chuàng)建。fromdjango.dbimporttransaction

from.modelsimportOrder,Product

defcreate_order(product_id,quantity):

try:

withtransaction.atomic():

product=Product.objects.select_for_update().get(id=product_id)

ifproduct.stock<quantity:

raiseException("庫存不足")

product.stock-=quantity

product.save()

order=Order.objects.create(product=product,quantity=quantity)

exceptExceptionase:

print(e)在這個例子中，我們使用transaction.atomic()上下文管理器來確保product.stock-=quantity和product.save()這兩個操作在一個事務中完成。如果任何操作失敗，整個事務將被回滾，確保數(shù)據(jù)的一致性。5.2數(shù)據(jù)庫連接池Django默認使用數(shù)據(jù)庫連接池來管理數(shù)據(jù)庫連接，這可以提高應用程序的性能，尤其是在處理大量并發(fā)請求時。連接池允許應用程序重用數(shù)據(jù)庫連接，而不是為每個請求創(chuàng)建和銷毀連接。5.2.1如何配置在settings.py中，你可以通過設置CONN_MAX_AGE參數(shù)來控制連接池的連接最大年齡，超過這個時間的連接將被關閉并重新創(chuàng)建。DATABASES={

'default':{

'ENGINE':'django.db.backends.postgresql',

'NAME':'mydatabase',

'USER':'mydatabaseuser',

'PASSWORD':'mypassword',

'HOST':'',

'PORT':'5432',

'CONN_MAX_AGE':600,#設置連接的最大年齡為600秒

}

}5.3數(shù)據(jù)庫路由Django的數(shù)據(jù)庫路由功能允許你根據(jù)特定的規(guī)則將模型的讀寫操作路由到不同的數(shù)據(jù)庫。這對于實現(xiàn)讀寫分離、數(shù)據(jù)分片等場景非常有用。5.3.1示例：定義路由規(guī)則首先，你需要在settings.py中定義多個數(shù)據(jù)庫，并指定一個路由類。DATABASES={

'default':{

'ENGINE':'django.db.backends.postgresql',

'NAME':'mydatabase',

},

'slave':{

'ENGINE':'django.db.backends.postgresql',

'NAME':'mydatabase_slave',

}

}

DATABASE_ROUTERS=['myapp.routers.SlaveRouter']然后，創(chuàng)建一個路由類，實現(xiàn)db_for_read()和db_for_write()方法。#myapp/routers.py

classSlaveRouter:

defdb_for_read(self,model,**hints):

ifmodel._meta.app_label=='myapp':

return'slave'

returnNone

defdb_for_write(self,model,**hints):

ifmodel._meta.app_label=='myapp':

return'default'

returnNone在這個例子中，所有對myapp應用的模型的讀操作將被路由到slave數(shù)據(jù)庫，而寫操作將被路由到default數(shù)據(jù)庫。5.4自定義數(shù)據(jù)庫后端Django允許你自定義數(shù)據(jù)庫后端，以支持除了默認支持的數(shù)據(jù)庫之外的其他數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。自定義后端需要實現(xiàn)Django的數(shù)據(jù)庫API，包括查詢、事務管理、連接管理等。5.4.1示例：自定義后端自定義數(shù)據(jù)庫后端需要創(chuàng)建一個新的Python包，實現(xiàn)base.DatabaseWrapper類。以下是一個簡單的自定義后端示例，用于支持一個假設的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)mydb。#mydb/backends/__init__.py

fromdjango.db.backends.base.baseimportBaseDatabaseWrapper

fromdjango.db.backends.base.featuresimportBaseDatabaseFeatures

fromdjango.db.backends.base.clientimportBaseDatabaseClient

fromdjango.db.backends.base.creationimportBaseDatabaseCreation

fromrospectionimportBaseDatabaseIntrospection

fromdjango.db.backends.base.operationsimportBaseDatabaseOperations

fromdjango.db.backends.base.schemaimportBaseDatabaseSchemaEditor

classDatabaseWrapper(BaseDatabaseWrapper):

vendor='mydb'

#實現(xiàn)BaseDatabaseWrapper中的所有方法

#mydb/backends/base.py

classDatabaseFeatures(BaseDatabaseFeatures):

#實現(xiàn)BaseDatabaseFeatures中的所有方法

classDatabaseClient(BaseDatabaseClient):

#實現(xiàn)BaseDatabaseClient中的所有方法

classDatabaseCreation(BaseDatabaseCreation):

#實現(xiàn)BaseDatabaseCreation中的所有方法

classDatabaseIntrospection(BaseDatabaseIntrospection):

#實現(xiàn)BaseDatabaseIntrospection中的所有方法

classDatabaseOperations(BaseDatabaseOperations):

#實現(xiàn)BaseDatabaseOperations中的所有方法

classDatabaseSchemaEditor(BaseDatabaseSchemaEditor):

#實現(xiàn)BaseDatabaseSchemaEditor中的所有方法然后，在settings.py中配置你的自定義后端。DATABASES={

'default':{

'ENGINE':'mydb.backends.mydb',

'NAME':'mydatabase',

}

}自定義后端需要實現(xiàn)Django數(shù)據(jù)庫API的所有方法，這通常需要對目標數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有深入的理解。在實際應用中，你可能需要參考Django的源代碼和其他已支持的數(shù)據(jù)庫后端實現(xiàn)來完成這個任務。6模型與表單6.1表單字段與模型字段在Django中，模型字段和表單字段雖然在功能上有所不同，但它們之間存在緊密的聯(lián)系。模型字段用于定義數(shù)據(jù)庫表結(jié)構，而表單字段則用于處理用戶輸入。理解兩者之間的關系對于構建高效且用戶友好的Web應用至關重要。6.1.1模型字段示例假設我們有一個User模型，用于存儲用戶信息：fromdjango.dbimportmodels

classUser(models.Model):

username=models.CharField(max_length=100)

email=models.EmailField()

age=models.IntegerField()6.1.2表單字段映射為了創(chuàng)建一個表單來處理User模型的輸入，我們可以定義一個UserForm，其中的字段與模型字段相對應：fromdjangoimportforms

from.modelsimportUser

classUserForm(forms.ModelForm):

classMeta:

model=User

fields=['username','email','age']在這個例子中，User