Django orm详解--组成部件

Django ORM 的核心部件可分为模型系统、查询系统、数据库后端和辅助工具四大类，每个部件负责不同的职责，共同实现对象与关系数据库的映射。以下是核心部件的分层解析：

一、模型系统（Model System）

1. 模型基类（Model Base Class）

• 作用：所有模型类的基类，提供ORM核心功能。
• 核心类：django.db.models.Model
• 关键特性：
  • 通过元类（ModelBase）解析模型字段和元数据。
  • 自动生成主键字段（id）。
  • 提供对象级的数据库操作方法（如save()、delete()）。

2. 字段类（Field Classes）

• 作用：定义模型字段与数据库列的映射关系。
• 核心类：
  • 基础字段：CharField、IntegerField、BooleanField等。
  • 关系字段：ForeignKey、ManyToManyField、OneToOneField。
  • 特殊字段：DateTimeField、DecimalField、FileField等。
• 关键特性：
  • 负责数据类型转换（如Python datetime → SQL TIMESTAMP）。
  • 处理字段约束（如null、unique、max_length）。
  • 通过validators实现数据验证。

3. 元数据类（Meta Class）

• 作用：定义模型的数据库级元数据。
• 核心属性：
  • db_table：指定数据库表名。
  • indexes：定义索引。
  • ordering：默认排序规则。
  • unique_together：联合唯一约束。
• 示例：

  class Book(models.Model):class Meta:db_table = "books"indexes = [models.Index(fields=["title"])]
  

二、查询系统（Query System）

1. 查询集（QuerySet）

• 作用：表示从数据库获取的对象集合，支持链式操作。
• 核心类：django.db.models.query.QuerySet
• 关键方法：
  • 过滤：filter()、exclude()、get()。
  • 排序：order_by()、reverse()。
  • 切片：queryset[0:10]（不触发SQL）。
  • 聚合：count()、sum()、avg()。
• 特性：惰性执行，仅在需要数据时生成SQL。

2. 查询表达式树（Query Expression Tree）

• 作用：存储查询条件的抽象语法树。
• 核心类：django.db.models.sql.Query
• 关键组件：
  • WhereNode：表示SQL的WHERE子句。
  • OrderBy：表示排序规则。
  • Join：处理表连接逻辑。
• 示例：

  # 表达式树结构：[Filter(author="Doubao"), OrderBy("-price")]
  Book.objects.filter(author="Doubao").order_by("-price")
  

3. 查询表达式（Query Expressions）

• 作用：定义复杂查询条件。
• 核心类：
  • Q()对象：实现复杂逻辑（如OR条件）。
  • F()表达式：引用模型字段值（如F('price') * 0.9）。
  • Func()表达式：调用数据库函数（如UPPER(title)）。
• 示例：

  from django.db.models import Q, F# 查询价格大于50且作者是Doubao，或价格小于20的书
  Book.objects.filter(Q(price__gt=50) & Q(author="Doubao") | Q(price__lt=20))
  

三、数据库后端（Database Backends）

1. 数据库连接（Database Connection）

• 作用：管理与数据库的物理连接。
• 核心类：django.db.backends.*.base.DatabaseWrapper
• 支持的数据库：
  • PostgreSQL：django.db.backends.postgresql
  • MySQL：django.db.backends.mysql
  • SQLite：django.db.backends.sqlite3
  • Oracle：django.db.backends.oracle
• 配置示例：

  DATABASES = {'default': {'ENGINE': 'django.db.backends.postgresql','NAME': 'mydatabase','USER': 'mydatabaseuser','PASSWORD': 'mypassword',}
  }
  

2. SQL 编译器（SQL Compiler）

• 作用：将查询表达式树转换为数据库特定的SQL。
• 核心类：django.db.backends.*.compiler.SQLCompiler
• 关键方法：
  • as_sql()：生成SQL语句和参数。
  • execute_sql()：执行SQL并返回结果。
• 示例：

  # Python 查询
  Book.objects.filter(author="Doubao")# PostgreSQL 生成的 SQL
  SELECT "books"."id", "books"."title", "books"."author" 
  FROM "books" 
  WHERE "books"."author" = 'Doubao';
  

3. 模式生成器（Schema Editor）

• 作用：根据模型定义生成数据库模式（表、索引、约束）。
• 核心类：django.db.backends.*.schema.BaseDatabaseSchemaEditor
• 关键方法：
  • create_model()：创建表。
  • alter_field()：修改字段。
  • delete_model()：删除表。

四、辅助工具（Utility Components）

1. 事务管理器（Transaction Management）

• 作用：管理数据库事务。
• 核心类：django.db.transaction.atomic
• 使用方式：

  from django.db import transactionwith transaction.atomic():Book.objects.create(title="New Book")# 嵌套事务with transaction.atomic():Book.objects.filter(price__lt=10).delete()
  

2. 数据库路由器（Database Router）

• 作用：实现多数据库的路由策略。
• 核心接口：django.db.router.BaseRouter
• 示例配置：

  class MyRouter:def db_for_read(self, model, **hints):if model._meta.app_label == 'analytics':return 'analytics_db'return 'default'
  

3. 迁移系统（Migrations）

• 作用：管理数据库模式变更。
• 核心组件：
  • makemigrations：生成迁移文件。
  • migrate：执行迁移。
  • Migration类：表示一次模式变更。
• 迁移文件示例：

  class Migration(migrations.Migration):dependencies = [('myapp', '0001_initial')]operations = [migrations.AddField(model_name='book',name='is_published',field=models.BooleanField(default=False),),]
  

五、核心部件协作流程

1. 模型定义：开发者定义继承自Model的类，声明字段和元数据。
2. 查询构建：通过objects管理器创建QuerySet，添加过滤、排序条件。
3. SQL 生成：Query对象将查询条件转换为表达式树，由SQLCompiler生成SQL。
4. 数据库交互：DatabaseWrapper建立连接，执行SQL并获取结果。
5. 结果映射：将数据库行数据转换为模型对象或值列表。