从ORM框架到SQLAlchemy

一、ORM

1.什么是ORM

对象-关系映射（Object-Relational Mapping，简称ORM），面向对象的开发方法是当今企业级应用开发环境中的主流开发方法，关系数据库是企业级应用环境中永久存放数据的主流数据存储系统。对象和关系数据是业务实体的两种表现形式，业务实体在内存中表现为对象，在数据库中表现为关系数据。内存中的对象之间存在关联和继承关系，而在数据库中，关系数据无法直接表达多对多关联和继承关系。因此，对象-关系映射(ORM)系统一般以中间件的形式存在，主要实现程序对象到关系数据库数据的映射。

2.为什么使用ORM?

当我们实现一个应用程序时（不使用O/R Mapping），我们可能会写特别多数据访问层的代码，从数据库保存、删除、读取对象信息，而这些代码都是重复的。而使用ORM则会大大减少重复性代码。对象关系映射（Object Relational Mapping，简称ORM），主要实现程序对象到关系数据库数据的映射。

3.对象-关系映射解释：

3.1 ORM方法论基于四个核心原则：

•  简单：ORM以最基本的形式建模数据。比如ORM会将MySQL的一张表映射成一个Java类（模型），表的字段就是这个类的成员变量
•  精确：ORM使所有的MySQL数据表都按照统一的标准精确地映射成java类，使系统在代码层面保持准确统一
•  易懂：ORM使数据库结构文档化。比如MySQL数据库就被ORM转换为了java程序员可以读懂的java类，java程序员可以只把注意力放在他擅长的java层面（当然能够熟练掌握MySQL更好）
•  易用：ORM包含对持久类对象进行CRUD操作的API，例如create(), update(), save(), load(), find(), find_all(), where()等，也就是讲sql查询全部封装成了编程语言中的函数，通过函数的链式组合生成最终的SQL语句。通过这种封装避免了不规               范、冗余、风格不统一的SQL语句，可以避免很多人为Bug，方便编码风格的统一和后期维护。

面向对象是从软件工程基本原则(如耦合、聚合、封装)的基础上发展起来的，而关系数据库则是从数学理论发展而来的，两套理论存在显著的区别。为了解决这个不匹配的现象,对象关系映射技术应运而生。O/R中字母O起源于"对象"(Object),而R则来自于"关系"(Relational)。几乎所有的程序里面，都存在对象和关系数据库。在业务逻辑层和用户界面层中，我们是面向对象的。当对象信息发生变化的时候，我们需要把对象的信息保存在关系数据库中。

3.2 一般的ORM包括以下四部分：　　

•    一个对持久类对象进行CRUD操作的API；　　
•    一个语言或API用来规定与类和类属性相关的查询；　　
•    一个规定mapping metadata的工具；　　
•     一种技术可以让ORM的实现同事务对象一起进行dirty checking, lazy association fetching以及其他的优化操作。

4. ORM的优缺点：

优点：

1. 提高开发效率，降低开发成本
2. 使开发更加对象化
3. 可移植
4. 可以很方便地引入数据缓存之类的附加功能

缺点：

1. 自动化进行关系数据库的映射需要消耗系统性能。其实这里的性能消耗还好啦，一般来说都可以忽略之。
2. 在处理多表联查、where条件复杂之类的查询时，ORM的语法会变得复杂。

5.常用框架

1. Hibernate 全自动 需要写hql语句
2. iBATIS 半自动 自己写sql语句,可操作性强,小巧
3. mybatis
4. eclipseLink
5. JFinal
6. -----许多

二、ORM框架：SQLAlchemy

sqlalchemy是python编程语言下的一款ORM框架，该框架建立在数据库API上，使用关系对象映射进行数据库操作，简言之便是：将对象转换成SQL，然后使用数据API执行SQL并获取执行结果。

需要自己把数据库中的表映射成类，然后才能通过对象的方式去调用。SQLAlchemy不止可以支持MYSQL，还可以支持Oracle等。

Dialect用于和数据API进行交流，根据配置文件的不同调用不同的数据库API，从而实现对数据库的操作:

MySQL-Python
    mysql+mysqldb://<user>:<password>@<host>[:<port>]/<dbname>
   
pymysql
    mysql+pymysql://<username>:<password>@<host>/<dbname>[?<options>]
   
MySQL-Connector
    mysql+mysqlconnector://<user>:<password>@<host>[:<port>]/<dbname>
   
cx_Oracle
    oracle+cx_oracle://user:pass@host:port/dbname[?key=value&key=value...]

案例：

1.安装SQLAlchemy:

pip install  SQLAlchemy

import sqlalchemy
print([obj for obj in dir(sqlalchemy) if not obj.startswith("__")])

['ARRAY', 'BIGINT', 'BINARY', 'BLANK_SCHEMA', 'BLOB', 'BOOLEAN', 'BigInteger', 'Binary', 'Boolean', 'CHAR', 'CLOB', 'CheckConstraint', 'Column', 'ColumnDefault', 'Constraint', 'DATE', 
'DATETIME', 'DDL', 'DECIMAL', 'Date', 'DateTime', 'DefaultClause', 'Enum', 'FLOAT', 'FetchedValue', 'Float', 'ForeignKey', 'ForeignKeyConstraint', 'INT', 'INTEGER', 'Index', 
'Integer', 'Interval', 'JSON', 'LargeBinary', 'MetaData', 'NCHAR', 'NUMERIC', 'NVARCHAR', 'Numeric', 'PassiveDefault', 'PickleType', 'PrimaryKeyConstraint', 'REAL', 'SMALLINT', 
'Sequence', 'SmallInteger', 'String', 'TEXT', 'TIME', 'TIMESTAMP', 'Table', 'Text', 'ThreadLocalMetaData', 'Time', 'TypeDecorator', 'Unicode', 'UnicodeText', 'UniqueConstraint', 
'VARBINARY', 'VARCHAR', 'alias', 'all_', 'and_', 'any_', 'asc', 'between', 'bindparam', 'case', 'cast', 'collate', 'column', 'cprocessors', 'create_engine', 'cresultproxy', 'cutils', 
'delete', 'desc', 'dialects', 'distinct', 'engine', 'engine_from_config', 'event', 'events', 'exc', 'except_', 'except_all', 'exists', 'extract', 'false', 'func', 'funcfilter', 
'insert', 'inspect', 'inspection', 'interfaces', 'intersect', 'intersect_all', 'join', 'lateral', 'literal', 'literal_column', 'log', 'modifier', 'not_', 'null', 'or_', 'outerjoin', 
'outparam', 'over', 'pool', 'processors', 'schema', 'select', 'sql', 'subquery', 'table', 'tablesample', 'text', 'true', 'tuple_', 'type_coerce', 'types', 'union', 'union_all', 
'update', 'util', 'within_group']

2.连接数据库并查询

from sqlalchemy import create_engine

#连接数据库，生成engine对象；最大连接数为5个
engine = create_engine("mysql+pymysql://root:root@127.0.0.1:3306/bigdata", max_overflow=5)
print(engine)   #Engine(mysql+pymysql://root:***@127.0.0.1:3306/bigdata)
result = engine.execute('select * from table1') #不用commit(),会自动commit
print(result.fetchall())

3.创建表

from sqlalchemy import Table, Column, Integer, String, MetaData
metadata = MetaData()  #相当于实例一个父类

user = Table('user', metadata,      #相当于让Table继承metadata类
             Column('id', Integer, primary_key=True),
             Column('name', String(20)),
             )

color = Table('color', metadata,    #表名color
              Column('id', Integer, primary_key=True),
              Column('name', String(20)),
              )
metadata.create_all(engine)  #table已经与metadate绑定

4、增删改查

conn.execute解读：

    def execute(self, object, *multiparams, **params):
        r"""Executes a SQL statement construct and returns a
        :class:`.ResultProxy`.

        :param object: The statement to be executed.  May be
         one of:

         * a plain string
         * any :class:`.ClauseElement` construct that is also
           a subclass of :class:`.Executable`, such as a
           :func:`~.expression.select` construct
         * a :class:`.FunctionElement`, such as that generated
           by :data:`.func`, will be automatically wrapped in
           a SELECT statement, which is then executed.
         * a :class:`.DDLElement` object
         * a :class:`.DefaultGenerator` object
         * a :class:`.Compiled` object

        :param *multiparams/**params: represent bound parameter
         values to be used in the execution.   Typically,
         the format is either a collection of one or more
         dictionaries passed to *multiparams::

             conn.execute(
                 table.insert(),
                 {"id":1, "value":"v1"},
                 {"id":2, "value":"v2"}
             )

         ...or individual key/values interpreted by **params::

             conn.execute(
                 table.insert(), id=1, value="v1"
             )

         In the case that a plain SQL string is passed, and the underlying
         DBAPI accepts positional bind parameters, a collection of tuples
         or individual values in *multiparams may be passed::

             conn.execute(
                 "INSERT INTO table (id, value) VALUES (?, ?)",
                 (1, "v1"), (2, "v2")
             )

             conn.execute(
                 "INSERT INTO table (id, value) VALUES (?, ?)",
                 1, "v1"
             )

         Note above, the usage of a question mark "?" or other
         symbol is contingent upon the "paramstyle" accepted by the DBAPI
         in use, which may be any of "qmark", "named", "pyformat", "format",
         "numeric".   See `pep-249 <http://www.python.org/dev/peps/pep-0249/>`_
         for details on paramstyle.

         To execute a textual SQL statement which uses bound parameters in a
         DBAPI-agnostic way, use the :func:`~.expression.text` construct.

        """

增

conn = engine.connect()
conn.execute(user.insert(), {'id': 20, 'name': 'wqbin'})
conn.execute(user.insert(), {'id': 21, 'name': 'wang'})
conn.execute(user.insert(), {'id': 25, 'name': 'wangyang'})
conn.execute(user.insert(), { 'name': 'wangquincy'})
conn.close()

conn = engine.connect()
conn.execute(user.delete().where(user.c.id== "21"))
conn.close()

conn = engine.connect()
# 将name=="wqbin"更改为"name=="wqbin123"···
conn.execute(user.update().where(user.c.name == 'wqbin').values(name='wqbin123'))
conn.execute("""update user set name='wangyang123' where name ='wangyang' """)
conn.close()

# 查询　　下面不能写　sql = user.select...　会曝错
sql = select([user, ]) 
sql = select([user.c.id, ])  
sql = select([user.c.name, color.c.name]).where(user.c.id==25)
sql = select([user.c.name]).order_by(user.c.name)
sql = user.select([user]).group_by(user.c.name)

result = conn.execute(sql)
print(result.fetchall())
conn.close()

 5. 通过SQLAlchemy的增删改查(重要):

from sqlalchemy import create_engine
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy import Column, Integer, String
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

Base = declarative_base() # 生成一个SqlORM基类(已经封装metadata)
# echo=True可以查看创建表的过程
engine = create_engine("mysql+pymysql://root:root@localhost:3306/bigdata")


class Host(Base):
    __tablename__ = 'hosts'    # 表名为host
    id       = Column(Integer, primary_key=True, autoincrement=True)
    hostname = Column(String(64), unique=True, nullable=False)
    ip_addr  = Column(String(128), unique=True, nullable=False)
    port     = Column(Integer, default=22)


Base.metadata.create_all(engine)     # 创建所有表结构

if __name__ == '__main__':
    # 创建与数据库的会话sessionclass,注意,这里返回给session的是个class类,不是实例
    SessionCls = sessionmaker(bind=engine)
    session = SessionCls()   # 连接的实例
    # 准备插入数据
    h1 = Host(hostname='hadoop01', ip_addr='192.168.154.201')     # 实例化(未创建)
    h2 = Host(hostname='hadoop02', ip_addr='192.168.154.202', port=24)
    h3 = Host(hostname='hadoop03', ip_addr='192.168.154.203', port=24)

    session.add(h1)   #也可以用下面的批量处理
    session.add_all([h2,h3])
    h2.hostname='hadoop021'   #只要没提交,此时修改也没问题

    # 查询数据，返回一个对象 .first()返回一个 .all()返回所有
    obj = session.query(Host).filter(Host.port == "24").first()
    print("-->", obj)

    obj=session.delete(obj) # 删除行
    print("-->", obj)
    session.commit()  # 提交

 

6、外键关联

engine = create_engine("mysql+pymysql://root:root@localhost:3306/bigdata", echo=True)

class Host(Base):
    __tablename__ = 'hosts'   #表名
    id = Column(Integer, primary_key=True, autoincrement=True) #默认自增
    hostname = Column(String(64), unique=True, nullable=False)
    ip_addr = Column(String(128), unique=True, nullable=False)
    port = Column(Integer, default=22)
    #外键关联,主机与组名关联,一个组对应多个主机
    group_id = Column(Integer, ForeignKey("group.id"))


class Group(Base):
    __tablename__ = "group"
    id = Column(Integer,primary_key=True)
    name = Column(String(64), unique=True, nullable=False)

class Group2(Base):
    __tablename__ = "group2"
    id = Column(Integer,primary_key=True)
    name = Column(String(64), unique=True, nullable=False)

Base.metadata.create_all(engine)  # 创建所有表结构==>如果存在，不会报错，也不会更新表结构

if __name__ == '__main__':
    # 创建与数据库的会话session class ,注意,这里返回给session的是个class,不是实例
    SessionCls = sessionmaker(bind=engine)
    session = SessionCls()  #连接的实例

    session.commit() #提交

创建所有表结构==>如果存在，不会报错，也不会更新表结构

==========删除hosts重新运行======

from sqlalchemy import create_engine
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy import Column, Integer, String,ForeignKey
from sqlalchemy.orm import sessionmaker,relationship

Base = declarative_base()  # 生成一个SqlORM 基类(已经封闭metadata)
#echo=True可以查看创建表的过程
engine = create_engine("mysql+pymysql://root:root@localhost:3306/bigdata", echo=True)

class Host(Base):
    __tablename__ = 'hosts'   #表名
    id = Column(Integer, primary_key=True, autoincrement=True) #默认自增
    hostname = Column(String(64), unique=True, nullable=False)
    ip_addr = Column(String(128), unique=True, nullable=False)
    port = Column(Integer, default=22)
    #外键关联,主机与组名关联,一个组对应多个主机
    group_id = Column(Integer, ForeignKey("group.id"))


class Group(Base):
    __tablename__ = "group"
    id = Column(Integer,primary_key=True)
    name = Column(String(64), unique=True, nullable=False)

class Group2(Base):
    __tablename__ = "group2"
    id = Column(Integer,primary_key=True)
    name = Column(String(64), unique=True, nullable=False)

Base.metadata.create_all(engine)  # 创建所有表结构==>如果存在，不会报错，也不会更新表结构

if __name__ == '__main__':
    # 创建与数据库的会话session class ,注意,这里返回给session的是个class,不是实例
    SessionCls = sessionmaker(bind=engine)
    session = SessionCls()  #连接的实例
    h1 = Host(hostname='hadoop01', ip_addr='192.168.154.201')     # 实例化(未创建)
    h2 = Host(hostname='hadoop02', ip_addr='192.168.154.202', port=24)
    h3 = Host(hostname='hadoop03', ip_addr='192.168.154.203', port=24)
    session.add_all([h1,h2,h3])
    g1 = Group(name = "g1")
    g2 = Group(name = "g2")
    g3 = Group(name = "g3")
    g4 = Group(name = "g4")
    session.add_all([g1,g2,g3,g4])

    session.query(Host).filter(Host.hostname=="hadoop02").update({"port":23,"group_id":1})
    session.commit() #提交
    session.close()

 还发现一个问题，添加一个不存在值的外检会报错：

 可以获取已经关联的group_id后，但如何获取已关联的组的组名??

print(h.group.name)　#AttributeError:'Host'object has no attribute 'group'

因为Host类根本就没有group属性!!

解决方法:

from sqlalchemy.orm import relationship       #导入relationship
class Host(Base):
    __tablename__ = 'hosts'   #表名
    id = Column(Integer, primary_key=True, autoincrement=True) #默认自增
    hostname = Column(String(64), unique=True, nullable=False)
    ip_addr = Column(String(128), unique=True, nullable=False)
    port = Column(Integer, default=22)
    #外键关联,主机与组名关联
    group_id = Column(Integer, ForeignKey("group.id"))
    group = relationship("Group")

那双向关联也要在Group类增加：hosts = relationship("Host")

但是也有只用一句代码就实现双向关联：

7、合并查询join

group=relationship("Group",backref="host_list")

其实还有聚合计算和多对多关联，但是我认为使用ORM操作这种计算过于复杂不如写sql。。。。