Django ORM相关操作 select_related和prefetch_related函数对 QuerySet 查询的优化

在数据库存在外键的其情况下，使用select_related()和prefetch_related()很大程度上减少对数据库的请求次数以提高性能

主要思想就是 ‘当我们在表中查找一个数据项的时候，我们 顺手 把连接到这个数据项的其他表中的关系数据项，一起查找出来，这样当我们对这个数据项进行操作的时候，就可以直接操作刚刚 顺手 拿出来的关系数据项，而不用再次去数据库中拿了’

1，两者适用范围

select_related() 适用于一对一OneToOneField 和 多对一（就是外键）ForeignKey
prefetch_related() 适用于 多对多ManyToManyField 和 一对多 （我自己称之为 反过来的外键，就是外键表里面的那个related_name里面的值）

class Pic(models.Model):
	xx = models.CharField(max_length=30)
	album = models.ForeignKey(to=Album, on_delete=models.CASCADE, related_name='pic')

//如下面的prefetch_related('tags', 'pic') 中的‘pic'
album = Album.objects.prefetch_related('tags', 'pic').get(pk=id)

//但是如果从Pic的角度上讲，连接album的话，就的用select_related()
pic = Pic.objects.select_related('album').get(pk=id)

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以下是抄的：
https://www.cnblogs.com/mdzzbojo/p/9216122.html

Django的 select_related 和 prefetch_related 函数对 QuerySet 查询的优化
引言

在数据库存在外键的其情况下，使用select_related()和prefetch_related()很大程度上减少对数据库的请求次数以提高性能

1.实例准备

模型：
复制代码

from django.db import models

Create your models here.

书

class Book(models.Model):
title = models.CharField(max_length=32)
publish_date = models.DateField(auto_now_add=True)
price = models.DecimalField(max_digits=5, decimal_places=2)
memo = models.TextField(null=True)
# 创建外键，关联publish
publisher = models.ForeignKey(to=“Publisher”, on_delete=models.CASCADE, related_name=‘books’)
# 创建多对多关联author
author = models.ManyToManyField(to=“Author”)

def __str__(self):
    return self.title

出版社

class Publisher(models.Model):
name = models.CharField(max_length=32)
city = models.CharField(max_length=32)

def __str__(self):
    return self.name

作者

class Author(models.Model):
name = models.CharField(max_length=32)
age = models.IntegerField()
phone = models.CharField(max_length=11)
detail = models.OneToOneField(to=“AuthorDetail”, on_delete=models.CASCADE)

def __str__(self):
    return self.name

作者详情

class AuthorDetail(models.Model):
addr = models.CharField(max_length=64)
email = models.EmailField()

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1.select_related()

对于一对一字段（OneToOneField）和外键字段（ForeignKey）可以使用select_releated来优化QuerySet查询

示例：

1）未调用该方法时，查询所有书籍以及所在的出版社

book_obj = models.Book.objects.all()

打印所有书籍以及所在的出版社

for book in book_obj:
print(book.publisher)

输出的日志信息
复制代码

(0.000) SELECT @@SQL_AUTO_IS_NULL; args=None
(0.000) SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED; args=None
(0.001) SELECT app_book.id, app_book.title, app_book.publish_date, app_book.price, app_book.memo, app_book.publisher_id FROM app_book; args=()
南方传媒出版社
长沙电视出版社
长沙电视出版社
清华大学出版社
人民邮电出版社
(0.001) SELECT VERSION(); args=None
南方传媒出版社
(0.001) SELECT app_publisher.id, app_publisher.name, app_publisher.city FROM app_publisher WHERE app_publisher.id = 1; args=(1,)
(0.001) SELECT app_publisher.id, app_publisher.name, app_publisher.city FROM app_publisher WHERE app_publisher.id = 2; args=(2,)
(0.000) SELECT app_publisher.id, app_publisher.name, app_publisher.city FROM app_publisher WHERE app_publisher.id = 2; args=(2,)
(0.000) SELECT app_publisher.id, app_publisher.name, app_publisher.city FROM app_publisher WHERE app_publisher.id = 4; args=(4,)
(0.001) SELECT app_publisher.id, app_publisher.name, app_publisher.city FROM app_publisher WHERE app_publisher.id = 3; args=(3,)
(0.000) SELECT app_publisher.id, app_publisher.name, app_publisher.city FROM app_publisher WHERE app_publisher.id = 1; args=(1,)

Process finished with exit code 0

复制代码

2）调用该方法时，查询所有书籍以及所在的出版社

book_obj = models.Book.objects.select_related().all()
for book in book_obj:
print(book.publisher)

输出的日志信息　　
复制代码

(0.001) SELECT @@SQL_AUTO_IS_NULL; args=None
(0.001) SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED; args=None
(0.001) SELECT app_book.id, app_book.title, app_book.publish_date,
app_book.price, app_book.memo, app_book.publisher_id, app_publisher.id,
app_publisher.name, app_publisher.city FROM app_book INNER JOIN app_publisher
ON (app_book.publisher_id = app_publisher.id); args=()
南方传媒出版社
长沙电视出版社
长沙电视出版社
清华大学出版社
人民邮电出版社
南方传媒出版社

Process finished with exit code 0

复制代码

结论：

在对QuerySet使用select_related()函数前，会出现线性的SQL查询，如果存在n个查询对象，每个对象存在k个外键字段时，就会出现n*k + 1 次SQL查询

在对QuerySet使用select_related()函数后，Django会在进行第一次查询时获取相应外键对应的对象，从而在之后需要的时候不必再查询数据库，只需要进行一次查询

3）相关参数

*fields参数，select_related() 接受可变长参数，每个参数是需要获取的外键（父表的内容）的字段名，以及外键的外键的字段名、外键的外键的外键等，若要选择外键的外键需要使用两个下划线“__”来连接

示例：通过外键获取书籍的出版社的详细地址

obj = models.Book.objects.select_related(‘publisher__detail’).get(title=‘武林传奇’)
print(obj.publisher.detail)
print(obj.publisher)

输出的日志信息　　　　
复制代码

(0.000) SELECT @@SQL_AUTO_IS_NULL; args=None
(0.000) SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED; args=None
(0.000) SELECT VERSION(); args=None
(0.000) SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED; args=None
(0.001) SELECT app_book.id, app_book.title, app_book.publish_date, app_book.price, app_book.memo, app_book.publisher_id, app_publisher.id, app_publisher.name, app_publisher.city, app_publisher.detail_id, app_publisherdetail.id, app_publisherdetail.addr, app_publisherdetail.create_date FROM app_book INNER JOIN app_publisher ON (app_book.publisher_id = app_publisher.id) INNER JOIN app_publisherdetail ON (app_publisher.detail_id = app_publisherdetail.id) WHERE app_book.title = ‘武林传奇’; args=(‘武林传奇’,)
长沙南区
长沙电视出版社
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结论：

Django使用了2次 INNER JOIN 来完成请求，获得了publisher表和publisherdetail表的内容并添加到结果表的相应列，再次调用这两个对象的时候也不必再次进行SQL查询；反之如是未指定的外键则会进行SQL查询，且深度更深，查询次数更多

depth参数，select_related() 接受depth参数，depth参数可以确定select_related的深度，Django会递归遍历指定深度内的所有的OneToOneField和ForeignKey

无参数，select_related() 也可以不加参数，这样表示要求Django尽可能深的select_related

总结：
复制代码

1.select_related主要针一对一和多对一关系进行优化
2.select_related使用SQL的JOIN语句进行优化，通过减少SQL查询的次数来进行优化、提高性能
3.可以通过可变长参数指定需要select_related的字段名。也可以通过使用双下划线“__”连接字段名来实现指定的递归查询。没有指定的字段不会缓存，没有指定的深度不会缓存，如果要访问的话Django会再次进行SQL查询
4.也可以通过depth参数指定递归的深度，Django会自动缓存指定深度内所有的字段。如果要访问指定深度外的字段，Django会再次进行SQL查询
5.也接受无参数的调用，Django会尽可能深的递归查询所有的字段。但注意有Django递归的限制和性能的浪费
6.Django >= 1.7，链式调用的select_related相当于使用可变长参数。Django < 1.7，链式调用会导致前边的select_related失效，只保留最后一个

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2.prefetch_releated()

对于多对多字段（ManyToManyField）和一对多(ForeignKey)字段，可使用prefetch_related()来进行优化，它和select_releated的设计目的相似，都是为了减少SQL的查询次数，但实现方式不一样，后者是通过JOIN语句在SQL查询内解决问题。但由于JOIN语句过于冗长，不适合解决多对多关系，会导致SQL语句运行时间的增加和内存占用增加

prefetch_releated的解决方法是分别查询每个表，然后用Python处理他们之间的关系

示例：

book_obj = models.Book.objects.prefetch_related(‘publisher’).get(title=‘七侠五义’)
print(book_obj.publisher.detail)

输出的日志信息
复制代码

(0.000) SELECT @@SQL_AUTO_IS_NULL; args=None
(0.001) SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED; args=None
(0.000) SELECT VERSION(); args=None
(0.000) SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED; args=None
(0.000) SELECT app_book.id, app_book.title, app_book.publish_date, app_book.price, app_book.memo, app_book.publisher_id FROM app_book WHERE app_book.title = ‘七侠五义’; args=(‘七侠五义’,)
(0.000) SELECT app_publisher.id, app_publisher.name, app_publisher.city, app_publisher.detail_id FROM app_publisher WHERE app_publisher.id IN (1); args=(1,)
(0.001) SELECT app_publisherdetail.id, app_publisherdetail.addr, app_publisherdetail.create_date FROM app_publisherdetail WHERE app_publisherdetail.id = 1; args=(1,)
广州天河区

Process finished with exit code 0

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结论：

可以看出，第一条查询语句拿到的要操作的对象，关键在于第二条拿到了要查询结果的条件也就是ID，第三行通过第二行拿到的ID进行结果查询

从第二条查询语句中可看出，可以看见，prefetch使用的是 IN 语句实现的。这样，在QuerySet中的对象数量过多的时候，根据数据库特性的不同有可能造成性能问题

*lookups参数，prefetch_related()在Django < 1.7 只有这一种用法。和select_related()一样，prefetch_related()也支持深度查询

要注意的是，在使用QuerySet的时候，一旦在链式操作中改变了数据库请求，之前用prefetch_related缓存的数据将会被忽略掉。这会导致Django重新请求数据库来获得相应的数据，从而造成性能问题。这里提到的改变数据库请求指各种filter()、exclude()等等最终会改变SQL代码的操作。而all()并不会改变最终的数据库请求，因此是不会导致重新请求数据库的

总结：
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1.prefetch_related主要针一对多和多对多关系进行优化
2.prefetch_related通过分别获取各个表的内容，然后用Python处理他们之间的关系来进行优化
3.可以通过可变长参数指定需要select_related的字段名。指定方式和特征与select_related是相同的
4.在Django >= 1.7可以通过Prefetch对象来实现复杂查询，但低版本的Django好像只能自己实现
5.作为prefetch_related的参数，Prefetch对象和字符串可以混用
6.prefetch_related的链式调用会将对应的prefetch添加进去，而非替换，似乎没有基于不同版本上区别
7.可以通过传入None来清空之前的prefetch_related

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归纳：

1.因为select_related()总是在单次SQL查询中解决问题，而prefetch_related()会对每个相关表进行SQL查询，因此select_related()的效率通常比后者高
2.鉴于第一条，尽可能的用select_related()解决问题。只有在select_related()不能解决问题的时候再去想prefetch_related()
3.可以在一个QuerySet中同时使用select_related()和prefetch_related()，从而减少SQL查询的次数
4.只有prefetch_related()之前的select_related()是有效的，之后的将会被无视掉