Django中ORM元类学习及查询API

1. Django ORM实现原理较为复杂，这里仅讨论元类在其中的部分作用。

1. 首先要知道元类是什么

   python中一切皆对象，那么定义的类也是对象，而类是由什么创建的呢？

   自定义一个类，在使用type()函数，可以看见这个类是type类型的，所以自定义的这个类必然是type创建的。

   实际上：类是由元类创建的，当定义一个类时如果没有指定元类，就会一层层向上找，如果父类中也没有指定元类，再向上找模块，模块也没有，就会使用内置的type()来创建类。

   如果指定了元类，那么就会改变这一默认行为，使用指定的元类来创建类。

   所有自定义的元类都必须继承 type， 且需要重写 __ new __()方法，该方法用来创建实例

   它接受四个参数：需要实例化的类对象，类的名字，类继承的父类集合，类的字典属性

   可在该方法内控制类对象的生成过程。

2. 为何要继承models.Model？

   • 自动添加的自增主键

     Model指定了元类为ModelBase（继承自type），所有自定义的Model都是由ModelBase创建出来的。ModelBase的__ new __()方法中引用了 _prepare()方法，该方法中判断了是否自定义了主键，如果没有则添加一个自增主键。

   • 自动添加的查询管理器

     Django会为每一个Model自动添加一个名称为objects的查询管理器，其实现也是在_prepare() 中。最终可知Model.objects并不是一个Manager对象，而是ManagerDescriptor实例，ManagerDescriptor是一个描述符，是对Manager访问的一种保护，主要实现对Model实例和抽象Model的拒绝访问。

     利用Manager(objects)就可以实现对Model的增删改查，有些方法还会返回QuerySet，这是怎么实现的呢？

     • Manager中并没有定义什么，而是继承了BaseManager.from_queryset(QuerySet)，并利用_get_queryset_methods()将一些方法注入给Manager，例如：filter，get，create等。
     • _get_queryset_methods()中遍历QuerySet的方法定义，然后跳过BaseManager同名的方法，跳过queryset_only为True的方法，跳过以” _ ”开头的方法，将其他方法注入BaseManagerFromQuerySet中。

2. Model的查询API

1. 创建Model实例

   • 调用Model的save()来创建，先创建一个实例，在保存实例。没有返回值。
   • 调用Manager的create()方法，返回Model实例。

2. 返回单实例的查询方法

   • Manager的get()方法，可同时列出多个查询条件，会抛出两种异常DoesNotExist和MultipleObjectsReturned
     • Django支持在查询时使用pk来代替主键名称
   • Manager的get_or_create()方法，返回元组(object，created)，查到了则返回，否则创建。
   • 类似的方法还有first和last，分别返回queryset的第一项与最后一项
     • first()效果同使用索引[0]，不同的时如果没有查到会报IndexError
     • QuerySet不支持负值索引

3. 返回QuerySet的查询方法

   • Manager的all()方法，返回所有数据实例。

     • QuerySet是惰性求值，定义时并不会访问数据库，只有在迭代或者获取个数的时候才会到数据库进行查询

   • reverse()方法，获取全量数据，排列顺序与all相反

   • order_by()方法，可自定义怕徐规则，可指定多个排序字段

     • order_by()方法会清除之前的所有排序
     • 不传递参数，则没有任何排序规则，默认的也没有
     • 传递 ？ 代表随机排序，通常无意义且耗时

   • filter()方法，获取全量数据的一个子集，等同于使用where子句过滤不符合条件的记录

     • 不传递任何参数等同于all
     • 常用查询条件
       

     contains(), startswith(), endswith()都有对应的忽略大小写的版本，即在方法名前面添加 字母 i 就可以了

   • exclude()方法，反向过滤，相等于在filter前面加了一个not

     • 实际上exclude和filter确实使用了同一个方法，即_filter_or_exclude()，只是用了一个布尔值标记自己的正向过滤还是反向过滤

   • 链式查询由于filter，exclude这样的方法返回的是QuerySet，所以可在其后继续调用filter，exclude

   • values()方法获取字典结果，该方法同样会返回QuerySet，但并不是Model的实例对象，而是字典类型，字典的键对应Model的字段名

   • values_list()方法，和values()及其相似，只不过返回的是元组而不是字典，元组元素的顺序与传递的字段顺序相同

   • 对QuerySet进行切片操作，例如Comment.objects.all()[:2],QuerySet不支持负值索引

     • 切片操作会返回另一个QuerySet，单并不会触发数据库的查询
     • 如果使用的是step切片语法，则会触发数据库查询并返回Model实例列表
     • 切片后的QuerySet不能再进行过滤和排序操作

4. 返回RawQuerySet的查询方法

   Djang的ORM非常强大，支持使用原生sql语句实现查询

   • Comment.objects.raw('select * from post_comment')
   • 不要拼接SQL语句，可能存在注入风险，raw方法提供params参数，接收一个列表或者字典来替换sql语句中的占位符
   • RawQuerySet支持索引和切片，但比较低效

5. 返回其他类型的查询方法

   • count()方法，在 数据库层面执行select count(*) 返回数字类型
   • exist()s方法，判断是否存在
   • 使用update()方法，更新实例，update只更新特定的列，而save会更新所有的列
   • delete()方法，删除实例，返回二元组，第一个元素标识删除的实例个数，第二个元素是字典类型，记录每一个Model类型删除的实例个数，如果两个表存在关联关系，且设置了级联删除，则会一起删除

3. 存在关联关系的查询

1. 反向查询，小写模型名_set
2. 跨关联关系查询，双下划线
3. 跨关联关系多值查询
   • 只使用一个filter，将多个条件写在一个过滤器内，则需要同时满足这多个条件
   • 如果使用filter链式调用，虽然总的条件相同，但将不同的条件分开放在不同的filter内，采用链式调用，则可能获取到不同的结果详情点这里

4. F对象与Q对象

1. F对象查询，主要用于 操作数据库中某一列的值，可以在 没有实际访问数据库 的情况下对字段的值进行引用

   F对象功能强大，支持跨关联关系。且使用F对象，可以避免线程不安全导致的脏数据。使用F对象，让数据库负责更新过程。F对象描述的是SQl表达式，而不是Python运算。

2. Q对象查询，用于复杂查询，将关键字封装在一起，并传递给filter，exclude，get等方法。多个Q对象可以使用 &，| 进行组合，产生一个新的Q对象。使用 ~可实现NOT查询。Q对象也可以与关键字参数组合在一起，但这种情况下，Q对象必须放在最前面。

5. 聚合与分组查询

1. 集合查询
   • aggregate是QuerySet的一个终止子句，返回字典类型，键是聚合的标识，值是聚合的结果
   • 常用聚合函数：Avg(), Count(), Max(), Min(), Sum()
   • 返回字典的键名是Django根据字段名和聚合函数的名称拼接而来的，可以指定名称
   • 可以传递多个聚合函数，以 逗号 分隔
2. 分组查询
   • 默认对每个Model对象都生成一个统计值，通过annotate方法完成，annotate不是终止子句，它返回一个QuerySet对象，可对结果进行在加工。如果annotate前面有values，则先按照values中的字段将Model分组，再对每个分组计算统计值。
   • 如果查询语句中含有values()，即在annotate前面有values，则先按照values中指定的字段对Model对象进行分组（相等于GROUP BY），再对每个分组计算统计值。如果Model有默认的排序字段，那么该排序字段也会被自动的加入GROUP BY中，可使用不带参数的order_by()方法将排序清除。
   • 如果查询语句中没有values()，而values()在annotate后面，则仅限制需要的字段，没有特殊作用。