Python笔记：Django框架的模型层详解

Model模型

• 模型是你的数据的唯一的、权威的信息源。它包含你所储存数据的必要字段和行为。
• 通常，每个模型对应数据库中唯一的一张表。
• 每个模型都是django.db.models.Model的一个Python 子类。
• 模型的每个属性都表示为数据库中的一个字段。
• Django 提供一套自动生成的用于数据库访问的API；
• 这极大的减轻了开发人员的工作量，不需要面对因数据库变更而导致的无效劳动。
• 备注：本文基于django版本1.11展开, 技术栈会有所升级, 仅供参考！

模型与数据库的关系

• 模型(Model)负责业务对象和数据库的关系映射(ORM)
• ORM是“对象-关系-映射”的简称，主要任务是：
  • 根据对象的类型生成表结构
  • 将对象、列表的操作，转换为sql语句
  • 将sql查询到的结果转换为对象、列表
• 使用ORM，我们就可以不用像以前一样写sql语言了

为什么要用模型

• Model是MVC框架中重要的一部分,主要负责程序中用于处理数据逻辑的部分。通常模型对象负责在数据库中存取数据
• 它实现了数据模型与数据库的解耦，即数据模型的设计不需要依赖于特定的数据库，通过简单的配置就可以轻松更换数据库

配置Mysql数据库

1 ） 在当前环境中安装mysql

• $ sudo apt-get install mysql-server
• $ sudo apt install mysql-client
• $ sudo apt install libmysqlclient-dev

2 ) 在当前python环境中安装 pymysql

• $ pip3 install pymysql

3 ) 在mysql中创建数据库

• $ create databases d_models_db default charset=utf8

4 ) 在Django项目中配置数据库

• 修改settings.py文件中的DATABASE配置项

  DATABASES = {
         
      'default': {
         
          'ENGINE': 'django.db.backends.mysql',
          'NAME': 'd_models_db', # 选择数据库的名, 请确认你的mysql中有这个库
          'USER': 'root',
          'PASSWORD': '',
          'HOST': 'localhost',
          'PORT': '3306',
          }
  }
  

5 ) 告诉Django在接下来的mysql操作中使用pymysql

• 打开主项目目录下的__init__.py，写入以下代码导入pymysql：

  import pymysql
  pymysql.install_as_MySQLdb()
  

开发流程

1 ) 在models.py中定义模型类，要求继承自models.Model

from django.db import models
from datetime import datetime

# Create your models here.
class Users(models.Model):
 name = models.CharField(max_length=32)
 age = models.IntegerField(default=20)
 phone = models.CharField(max_length=16)
 addtime=models.DateTimeField(default=datetime.now)

 class Meta:
    db_table = "users"  # 指定表名

2 ) 把应用加入settings.py文件的installed_app项

• 编辑主项目目录下的settings.py文件，并将项目应用文件名添加到该INSTALLED_APPS设置。

  INSTALLED_APPS = [
      'django.contrib.admin',
      'django.contrib.auth',
      'django.contrib.contenttypes',
      'django.contrib.sessions',
      'django.contrib.messages',
      'django.contrib.staticfiles',
      'app',
  ]
  

• 生成迁移文件

  • $ python3 manage.py makemigrations

    django.core.exceptions.ImproperlyConfigured: Error loading MySQLdb module: No module named 'MySQLdb'.
    Did you install mysqlclient or MySQL-python?
    # 安装上面"配置Mysql数据库"的第五步配置，或安装：pip install mysqlclient后就可以了
    

  • 若执行 $python3 manage.py makemigrations命令(可能把migrations文件夹给删了)，会提示"No changes detected." 可能有用的解决方式如下：
    • 先 $python3 manage.py makemigrations --empty yourappname 生成一个空的initial.py
    • 再 $python3 manage.py makemigrations 生成原先的model对应的migration file

• 执行迁移

  • $ python3 manage.py migrate

• 使用模型类进行crud操作

• 备注：在实际项目中生成迁移文件和执行迁移这两部基本不会出现，因为我们的数据库基本是已经设计好的

定义模型

• 在模型中定义属性，会生成表中的字段
• django根据属性的类型确定以下信息：
  • 当前选择的数据库支持字段的类型
  • 渲染管理表单时使用的默认html控件
  • 在管理站点最低限度的验证
• django会为表增加自动增长的主键列，每个模型只能有一个主键列，如果使用选项设置某属性为主键列后，则django不会再生成默认的主键列
• 属性命名限制
  • 不能是python的保留关键字
  • 由于django的查询方式，不允许使用连续的下划线

定义属性

• 定义属性时，需要字段类型
• 字段类型被定义在django.db.models.fields目录下，为了方便使用，被导入到django.db.models中
• 使用方式
  • 导入from django.db import models
  • 通过models.Field创建字段类型的对象，赋值给属性
• 对于重要数据都做逻辑删除，不做物理删除，实现方法是定义isDelete属性，类型为BooleanField，默认值为False

1 ） 字段类型

• AutoField：一个根据实际ID自动增长的IntegerField，通常不指定
  • 如果不指定，一个主键字段将自动添加到模型中
• BooleanField：true/false 字段，此字段的默认表单控制是CheckboxInput
• NullBooleanField：支持null、true、false三种值
• CharField(max_length=字符长度)：字符串，默认的表单样式是 TextInput
• TextField：大文本字段，一般超过4000使用，默认的表单控件是Textarea
• IntegerField：整数
• DecimalField(max_digits=None, decimal_places=None)：使用python的Decimal实例表示的十进制浮点数
  • DecimalField.max_digits：位数总数
  • DecimalField.decimal_places：小数点后的数字位数
• FloatField：用Python的float实例来表示的浮点数
• DateField[auto_now=False, auto_now_add=False])：使用Python的datetime.date实例表示的日期
  • 参数DateField.auto_now：每次保存对象时，自动设置该字段为当前时间，用于"最后一次修改"的时间戳，它总是使用当前日期，默认为false
  • 参数DateField.auto_now_add：当对象第一次被创建时自动设置当前时间，用于创建的时间戳，它总是使用当前日期，默认为false
  • 该字段默认对应的表单控件是一个TextInput. 在管理员站点添加了一个JavaScript写的日历控件，和一个“Today"的快捷按钮，包含了一个额外的invalid_date错误消息键
  • auto_now_add, auto_now 这些设置是相互排斥的，他们之间的任何组合将会发生错误的结果
• TimeField：使用Python的datetime.time实例表示的时间，参数同DateField
• DateTimeField：使用Python的datetime.datetime实例表示的日期和时间，参数同DateField
• FileField：一个上传文件的字段
• ImageField：继承了FileField的所有属性和方法，但对上传的对象进行校验，确保它是个有效的image

2 ） 字段选项

• 通过字段选项，可以实现对字段的约束
• 在字段对象时通过关键字参数指定
• null：如果为True，Django 将空值以NULL 存储到数据库中，默认值是 False
• blank：如果为True，则该字段允许为空白，默认值是 False
• 对比：null是数据库范畴的概念，blank是表单验证证范畴的
• db_column：字段的名称，如果未指定，则使用属性的名称
• db_index：若值为 True, 则在表中会为此字段创建索引
• default：默认值
• primary_key：若为 True, 则该字段会成为模型的主键字段
• unique：如果为 True, 这个字段在表中必须有唯一值

3 ) 关系

• 关系的类型包括
  • ForeignKey：一对多，将字段定义在多端中
  • ManyToManyField：多对多，将字段定义在两端中
  • OneToOneField：一对一，将字段定义在任意一端中
• 可以维护递归的关联关系，使用’self’指定，详见“自关联”
• 用一访问多：对象.模型类小写_set
  • bookinfo.heroinfo_set
• 用一访问一：对象.模型类小写
  • heroinfo.bookinfo
• 访问id：对象.属性_id
  • heroinfo.book_id

元选项

• 在模型类中定义类Meta，用于设置元信息

• 元信息db_table：定义数据表名称，推荐使用小写字母

• 数据表的默认名称:_

• 例如: djangoApp_users

• ordering：对象的默认排序字段，获取对象的列表时使用，接收属性构成的列表

  class BookInfo(models.Model):
      ...
      class Meta():
          ordering = ['id']
  

• 字符串前加-表示倒序，不加-表示正序

  class BookInfo(models.Model):
      ...
      class Meta():
          ordering = ['-id']
  

• 排序会增加数据库的开销

示例演示

• 创建test2项目，并创建booktest应用，使用mysql数据库
• 定义图书模型

  class BookInfo(models.Model):
      btitle = models.CharField(max_length=20)
      bpub_date = models.DateTimeField()
      bread = models.IntegerField(default=0)
      bcommet = models.IntegerField(default=0)
      isDelete = models.BooleanField(default=False)
  

• 英雄模型

  class HeroInfo(models.Model):
      hname = models.CharField(max_length=20)
      hgender = models.BooleanField(default=True)
      isDelete = models.BooleanField(default=False)
      hcontent = models.CharField(max_length=100)
      hbook = models.ForeignKey('BookInfo')
  

• 定义index、detail视图
• index.html、detail.html模板
• 配置url，能够完成图书及英雄的展示

测试数据

• 模型BookInfo的测试数据

  insert into booktest_bookinfo(btitle,bpub_date,bread,bcommet,isDelete) values
  ('射雕英雄传','1980-5-1',12,34,0),
  ('天龙八部','1986-7-24',36,40,0),
  ('笑傲江湖','1995-12-24',20,80,0),
  ('雪山飞狐','1987-11-11',58,24,0)
  

• 模型HeroInfo的测试数据

  insert into booktest_heroinfo(hname,hgender,hbook_id,hcontent,isDelete) values
  ('郭靖',1,1,'降龙十八掌',0),
  ('黄蓉',0,1,'打狗棍法',0),
  ('黄药师',1,1,'弹指神通',0),
  ('欧阳锋',1,1,'蛤蟆功',0),
  ('梅超风',0,1,'九阴白骨爪',0),
  ('乔峰',1,2,'降龙十八掌',0),
  ('段誉',1,2,'六脉神剑',0),
  ('虚竹',1,2,'天山六阳掌',0),
  ('王语嫣',0,2,'神仙姐姐',0),
  ('令狐冲',1,3,'独孤九剑',0),
  ('任盈盈',0,3,'弹琴',0),
  ('岳不群',1,3,'华山剑法',0),
  ('东方不败',0,3,'葵花宝典',0),
  ('胡斐',1,4,'胡家刀法',0),
  ('苗若兰',0,4,'黄衣',0),
  ('程灵素',0,4,'医术',0),
  ('袁紫衣',0,4,'六合拳',0)
  

模型实例

1 ） 类的属性

• objects：是Manager类型的对象，用于与数据库进行交互
• 当定义模型类时没有指定管理器，则Django会为模型类提供一个名为objects的管理器
• 支持明确指定模型类的管理器

  class BookInfo(models.Model):
  ...
  books = models.Manager()
  

• 当为模型类指定管理器后，django不再为模型类生成名为objects的默认管理器

2 ) 创建对象

• 当创建对象时，django不会对数据库进行读写操作
• 调用save()方法才与数据库交互，将对象保存到数据库中
• 使用关键字参数构造模型对象很麻烦，推荐使用下面的两种之式
• 说明：init方法已经在基类models.Model中使用，在自定义模型中无法使用

3 ) 实例的属性

• DoesNotExist：在进行单个查询时，模型的对象不存在时会引发此异常，结合try/except使用

4 ) 实例的方法

• __str__(self)：重写object方法，此方法在将对象转换成字符串时会被调用
• save()：将模型对象保存到数据表中
• delete()：将模型对象从数据表中删除

模型查询

• 查询集表示从数据库中获取的对象集合
• 查询集可以含有零个、一个或多个过滤器
• 过滤器基于所给的参数限制查询的结果
• 从Sql的角度，查询集和select语句等价，过滤器像where和limit子句
• 接下来主要讨论如下知识点
  • 查询集
  • 字段查询：比较运算符，F对象，Q对象

1 ） 查询集

• 在管理器上调用过滤器方法会返回查询集
• 查询集经过过滤器筛选后返回新的查询集，因此可以写成链式过滤
• 惰性执行：创建查询集不会带来任何数据库的访问，直到调用数据时，才会访问数据库
• 何时对查询集求值：迭代，序列化，与if合用
• 返回查询集的方法，称为过滤器
  • all()
  • filter()
  • exclude()
  • order_by()
  • values() : 一个对象构成一个字典，然后构成一个列表返回
• 写法：

  filter(键1=值1,键2=值2)
  等价于
  filter(键1=值1).filter(键2=值2)
  

• 返回单个值的方法
  • get()：返回单个满足条件的对象
    • 如果未找到会引发"模型类.DoesNotExist"异常
    • 如果多条被返回，会引发"模型类.MultipleObjectsReturned"异常
  • count()：返回当前查询的总条数
  • first()：返回第一个对象
  • last()：返回最后一个对象
  • exists()：判断查询集中是否有数据，如果有则返回True

限制查询集

• 查询集返回列表，可以使用下标的方式进行限制，等同于sql中的limit和offset子句
• 注意：不支持负数索引
• 使用下标后返回一个新的查询集，不会立即执行查询
• 如果获取一个对象，直接使用[0]，等同于[0:1].get()，但是如果没有数据，[0]引发IndexError异常，[0:1].get()引发DoesNotExist异常

  #这会返回前5个对象 LIMIT 5
  Entry.objects.all()[:5]
  #这将返回第六个到第十个对象 OFFSET 5 LIMIT 5
  Entry.objects.all()[5:10]
  

查询集的缓存

• 每个查询集都包含一个缓存来最小化对数据库的访问
• 在新建的查询集中，缓存为空，首次对查询集求值时，会发生数据库查询，django会将查询的结果存在查询集的缓存中，并返回请求的结果，接下来对查询集求值将重用缓存的结果
• 情况一：这构成了两个查询集，无法重用缓存，每次查询都会与数据库进行一次交互，增加了数据库的负载

  print([e.title for e in Entry.objects.all()])
  print([e.title for e in Entry.objects.all()])
  

• 情况二：两次循环使用同一个查询集，第二次使用缓存中的数据

  querylist=Entry.objects.all()
  print([e.title for e in querylist])
  print([e.title for e in querylist])
  

• 何时查询集不会被缓存：当只对查询集的部分进行求值时会检查缓存，但是如果这部分不在缓存中，那么接下来查询返回的记录将不会被缓存，这意味着使用索引来限制查询集将不会填充缓存，如果这部分数据已经被缓存，则直接使用缓存中的数据

2 ) 字段查询

• 实现where子名，作为方法filter()、exclude()、get()的参数
• 语法：属性名称__比较运算符=值
• 表示两个下划线，左侧是属性名称，右侧是比较类型
• 对于外键，使用“属性名_id”表示外键的原始值
• 转义：like语句中使用了%与，匹配数据中的%与，在过滤器中直接写，例如：filter(title__contains="%")=>where title like ‘%%%’，表示查找标题中包含%的

比较运算符

• exact：表示判等，大小写敏感；如果没有写“ 比较运算符”，表示判等

  • filter(isDelete=False)

• contains：是否包含，大小写敏感

  • exclude(btitle__contains='www')

• startswith、endswith：以value开头或结尾，大小写敏感

  • exclude(btitle__endswith='com')

• isnull、isnotnull：是否为null

  • filter(btitle__isnull=False)

• 在前面加个i表示不区分大小写，如iexact、icontains、istarswith、iendswith

• in：是否包含在范围内

  • filter(pk__in=[1, 2, 3, 4, 5])

• gt、gte、lt、lte：大于、大于等于、小于、小于等于

  • filter(id__gt=3)

• year、month、day、week_day、hour、minute、second：对日期间类型的属性进行运算

  • filter(bpub_date__year=1980)
  • filter(bpub_date__gt=date(1980, 12, 31))

跨关联关系的查询：处理join查询

• 语法：模型类名 <属性名> <比较>
• 注：可以没有__<比较>部分，表示等于，结果同inner join
• 可返向使用，即在关联的两个模型中都可以使用
  • filter(heroinfo_ _hcontent_ _contains='八')

聚合函数

• 使用aggregate()函数返回聚合函数的值
• 函数：Avg，Count，Max，Min，Sum

  from django.db.models import Max
  maxDate = list.aggregate(Max('bpub_date'))
  

• count的一般用法
  • count = list.count()

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Model模型的实战

1 ) 创建数据库和表（若是执行表迁移，可跳过下面操作）

• 进入MySQL数据库创建数据库：d_models_db
• 进入数据库创建数据表：users

  CREATE TABLE `myapp_users` (                          
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,       
  `name` varchar(32) NOT NULL,                         
  `age` tinyint(3) unsigned NOT NULL DEFAULT '20',     
  `phone` varchar(16) DEFAULT NULL,
  `addtime` datetime(6) NOT NULL,                    
  PRIMARY KEY (`id`)                                   
  ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8
  

• 备注：当然也可以通过迁移文件生成users表(需要使用Meta来改名)
• 添加几条测试数据

2 ) 创建项目djangoApp和应用app

• 创建项目框架 djangoApp $ django-admin startproject djangoApp && cd djangoApp
• 在项目中创建一个myapp应用 $ python3 manage.py startapp app
• 创建模板目录 $ mkdir tpls && cd mkdir tpls/app
• 注：最外层的目录Django-1.11.11-model 是改名而来的
• 项目目录结构：

  Django-1.11.11-model
      ├── djangoApp
      │   ├── __init__.py
      │   ├── settings.py
      │   ├── urls.py
      │   └── wsgi.py
      ├── manage.py
      ├── app
      │   ├── admin.py
      │   ├── apps.py
      │   ├── __init__.py
      │   ├── models.py
      │   ├── tests.py
      │   └── views.py
      └── tpls
          └── app
  

3 ） 执行数据库连接配置,网站配置

• 编辑djangoApp/init.py文件，添加Pymysql的数据库操作支持

  import pymysql
  pymysql.install_as_MySQLdb()
  

• 编辑djangoApp/settings.py文件，配置数据库连接

  # ...
  #配置自己的服务器IP地址
  ALLOWED_HOSTS = ['localhost','127.0.0.1','*']
  
  # ...
  #添加自己应用
  INSTALLED_APPS = [
      'django.contrib.admin',
      'django.contrib.auth',
      'django.contrib.contenttypes',
      'django.contrib.sessions',
      'django.contrib.messages',
      'django.contrib.staticfiles',
      'app',
  ]
  
  # ...
  
  # 配置模板路径信息
  TEMPLATES = [
      {
         
          'BACKEND': 'django.template.backends.django.DjangoTemplates',
          'DIRS': [os.path.join(BASE_DIR,'tpls')],
          'APP_DIRS': True,
          'OPTIONS': {
         
              'context_processors': [
                  'django.template.context_processors.debug',
                  'django.template.context_processors.request',
                  'django.contrib.auth.context_processors.auth',
                  'django.contrib.messages.context_processors.messages',
              ],
          },
      },
  ]
  
  # ...
  # 数据库连接配置
  DATABASES = {
         
  'default': {
         
      'ENGINE': 'django.db.backends.mysql',
      'NAME': 'd_models_db',
      'USER': 'root',
      'PASSWORD': '', # 填写自己的数据库密码
      'HOST': 'localhost',
      'PORT': '3306',
  }
  # ...
  

4 ） 定义Model类

• 编辑djangoApp/models.py

  from django.db import models
  from datetime import datetime
  
  class Users(models.Model):
      name = models.CharField(max_length=32)
      age = models.IntegerField(default=20)
      phone = models.CharField(max_length=20)
      createTime = models.DateTimeField(default=datetime.now)
      
      def __str__(self):
          return self.name+":"+self.phone
  
      class Meta:
          db_table = "users"  # 指定表名
  

• 测试Model类的使用, 执行 $ python3 manage.py shell

  [root@localhost djangoApp]#  python3 manage.py shell
  >>> from app.models import Users
  >>> Users.objects.all()
  <QuerySet [<Users: 张三:12345678901>, <Users: aa:13456789023>]>
  >>> s = Users.objects.get(id=1)
  >>> s.id
  1
  >>> s.name
  '张三'
  >>> s.age
  20
  >>> s.phone
  '12345678901'
  

5 ) 实现Web端访问

• 编辑djangoApp/settings.py文件.做 ALLOWED_HOSTS 主机访问配置（若之前已做可跳过此步骤）

  • ALLOWED_HOSTS = ['localhost','127.0.0.1','这里填写主机的ip地址', '*']

• 编写项目主路由urls配置,配置对djangoApp应用路由的访问连接配置

  from django.conf.urls import include,url
  from django.contrib import admin
  
  urlpatterns = [
      url(r'^admin/', admin.site.urls),
      url(r'^', include('app.urls')),
  ]
  

• 配置当前应用djangoApp的路由配置

  • 在djangoApp应用目录下创建一个路由文件urls.py文件，注意此文件编码为utf-8（建议复制一个）。
  • 编辑应用中的路由配置文件：djangoApp/app/urls.py, 内容如下：

    from django.conf.urls import url
    from . import views
    
    urlpatterns = [
        url(r'^$', views.index, name="index"),
    ]
    

• 编辑视图文件：djangoApp/views.py，内容如下

  #from django.shortcuts import render
  from django.http import HttpResponse
  from myapp.models import Users
  
  def index(request):
      try:
          s = Users.objects.get(id=1)
          return HttpResponse(s)
      except:
          return HttpResponse("没有找到对应的信息！")
  

• 测试环节：在项目根目录下运行 $ python3 manage.py runserver命令，开启服务

• 打开浏览器，在浏览其中输入网址测试：127.0.0.1:8000

• 继续上面操作完成Web版的Users信息的crud操作，详见下面示例仓库

6 ） 示例操作代码仓库详见

• Django-1.11.11-model