Python筆記：Django框架的模型層詳解

Model模型

模型是你的數據的唯一的、權威的信息源。它包含你所儲存數據的必要字段和行爲。
通常，每個模型對應數據庫中唯一的一張表。
每個模型都是django.db.models.Model的一個Python 子類。
模型的每個屬性都表示爲數據庫中的一個字段。
Django 提供一套自動生成的用於數據庫訪問的API；
這極大的減輕了開發人員的工作量，不需要面對因數據庫變更而導致的無效勞動。
備註：本文基於django版本1.11展開, 技術棧會有所升級, 僅供參考！

模型與數據庫的關係

模型(Model)負責業務對象和數據庫的關係映射(ORM)
ORM是“對象-關係-映射”的簡稱，主要任務是：
- 根據對象的類型生成表結構
- 將對象、列表的操作，轉換爲sql語句
- 將sql查詢到的結果轉換爲對象、列表
使用ORM，我們就可以不用像以前一樣寫sql語言了

爲什麼要用模型

Model是MVC框架中重要的一部分,主要負責程序中用於處理數據邏輯的部分。通常模型對象負責在數據庫中存取數據
它實現了數據模型與數據庫的解耦，即數據模型的設計不需要依賴於特定的數據庫，通過簡單的配置就可以輕鬆更換數據庫

配置Mysql數據庫

1 ） 在當前環境中安裝mysql

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

2 ) 在當前python環境中安裝 pymysql

$ pip3 install pymysql

3 ) 在mysql中創建數據庫

$ create databases d_models_db default charset=utf8

4 ) 在Django項目中配置數據庫

修改settings.py文件中的DATABASE配置項

DATABASES = {
    'default': {
        'ENGINE': 'django.db.backends.mysql',
        'NAME': 'd_models_db', # 選擇數據庫的名, 請確認你的mysql中有這個庫
        'USER': 'root',
        'PASSWORD': '',
        'HOST': 'localhost',
        'PORT': '3306',
        }
}

5 ) 告訴Django在接下來的mysql操作中使用pymysql

打開主項目目錄下的__init__.py，寫入以下代碼導入pymysql：
```
import pymysql
pymysql.install_as_MySQLdb()
```

開發流程

1 ) 在models.py中定義模型類，要求繼承自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 ) 把應用加入settings.py文件的installed_app項

編輯主項目目錄下的settings.py文件，並將項目應用文件名添加到該INSTALLED_APPS設置。

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

生成遷移文件
- $ python3 manage.py makemigrations
```
django.core.exceptions.ImproperlyConfigured: Error loading MySQLdb module: No module named 'MySQLdb'.
Did you install mysqlclient or MySQL-python?
# 安裝上面"配置Mysql數據庫"的第五步配置，或安裝：pip install mysqlclient後就可以了
```
- 若執行 $python3 manage.py makemigrations命令(可能把migrations文件夾給刪了)，會提示"No changes detected." 可能有用的解決方式如下：
  - 先 $python3 manage.py makemigrations --empty yourappname 生成一個空的initial.py
  - 再 $python3 manage.py makemigrations 生成原先的model對應的migration file
執行遷移
- $ python3 manage.py migrate
使用模型類進行crud操作
備註：在實際項目中生成遷移文件和執行遷移這兩部基本不會出現，因爲我們的數據庫基本是已經設計好的

定義模型

在模型中定義屬性，會生成表中的字段
django根據屬性的類型確定以下信息：
- 當前選擇的數據庫支持字段的類型
- 渲染管理表單時使用的默認html控件
- 在管理站點最低限度的驗證
django會爲表增加自動增長的主鍵列，每個模型只能有一個主鍵列，如果使用選項設置某屬性爲主鍵列後，則django不會再生成默認的主鍵列
屬性命名限制
- 不能是python的保留關鍵字
- 由於django的查詢方式，不允許使用連續的下劃線

定義屬性

定義屬性時，需要字段類型
字段類型被定義在django.db.models.fields目錄下，爲了方便使用，被導入到django.db.models中
使用方式
- 導入from django.db import models
- 通過models.Field創建字段類型的對象，賦值給屬性
對於重要數據都做邏輯刪除，不做物理刪除，實現方法是定義isDelete屬性，類型爲BooleanField，默認值爲False

1 ） 字段類型

AutoField：一個根據實際ID自動增長的IntegerField，通常不指定
- 如果不指定，一個主鍵字段將自動添加到模型中
BooleanField：true/false 字段，此字段的默認表單控制是CheckboxInput
NullBooleanField：支持null、true、false三種值
CharField(max_length=字符長度)：字符串，默認的表單樣式是 TextInput
TextField：大文本字段，一般超過4000使用，默認的表單控件是Textarea
IntegerField：整數
DecimalField(max_digits=None, decimal_places=None)：使用python的Decimal實例表示的十進制浮點數
- DecimalField.max_digits：位數總數
- DecimalField.decimal_places：小數點後的數字位數
FloatField：用Python的float實例來表示的浮點數
DateField[auto_now=False, auto_now_add=False])：使用Python的datetime.date實例表示的日期
- 參數DateField.auto_now：每次保存對象時，自動設置該字段爲當前時間，用於"最後一次修改"的時間戳，它總是使用當前日期，默認爲false
- 參數DateField.auto_now_add：當對象第一次被創建時自動設置當前時間，用於創建的時間戳，它總是使用當前日期，默認爲false
- 該字段默認對應的表單控件是一個TextInput. 在管理員站點添加了一個JavaScript寫的日曆控件，和一個“Today"的快捷按鈕，包含了一個額外的invalid_date錯誤消息鍵
- auto_now_add, auto_now 這些設置是相互排斥的，他們之間的任何組合將會發生錯誤的結果
TimeField：使用Python的datetime.time實例表示的時間，參數同DateField
DateTimeField：使用Python的datetime.datetime實例表示的日期和時間，參數同DateField
FileField：一個上傳文件的字段
ImageField：繼承了FileField的所有屬性和方法，但對上傳的對象進行校驗，確保它是個有效的image

2 ） 字段選項

通過字段選項，可以實現對字段的約束
在字段對象時通過關鍵字參數指定
null：如果爲True，Django 將空值以NULL 存儲到數據庫中，默認值是 False
blank：如果爲True，則該字段允許爲空白，默認值是 False
對比：null是數據庫範疇的概念，blank是表單驗證證範疇的
db_column：字段的名稱，如果未指定，則使用屬性的名稱
db_index：若值爲 True, 則在表中會爲此字段創建索引
default：默認值
primary_key：若爲 True, 則該字段會成爲模型的主鍵字段
unique：如果爲 True, 這個字段在表中必須有唯一值

3 ) 關係

關係的類型包括
- ForeignKey：一對多，將字段定義在多端中
- ManyToManyField：多對多，將字段定義在兩端中
- OneToOneField：一對一，將字段定義在任意一端中
可以維護遞歸的關聯關係，使用’self’指定，詳見“自關聯”
用一訪問多：對象.模型類小寫_set
- bookinfo.heroinfo_set
用一訪問一：對象.模型類小寫
- heroinfo.bookinfo
訪問id：對象.屬性_id
- heroinfo.book_id

元選項

在模型類中定義類Meta，用於設置元信息
元信息db_table：定義數據表名稱，推薦使用小寫字母
數據表的默認名稱:<app_name>_<model_name>
例如: djangoApp_users

ordering：對象的默認排序字段，獲取對象的列表時使用，接收屬性構成的列表

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']

排序會增加數據庫的開銷

示例演示

創建test2項目，並創建booktest應用，使用mysql數據庫

定義圖書模型

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')

定義index、detail視圖
index.html、detail.html模板
配置url，能夠完成圖書及英雄的展示

測試數據

模型BookInfo的測試數據

insert into booktest_bookinfo(btitle,bpub_date,bread,bcommet,isDelete) values
('射鵰英雄傳','1980-5-1',12,34,0),
('天龍八部','1986-7-24',36,40,0),
('笑傲江湖','1995-12-24',20,80,0),
('雪山飛狐','1987-11-11',58,24,0)

模型HeroInfo的測試數據

insert into booktest_heroinfo(hname,hgender,hbook_id,hcontent,isDelete) values
('郭靖',1,1,'降龍十八掌',0),
('黃蓉',0,1,'打狗棍法',0),
('黃藥師',1,1,'彈指神通',0),
('歐陽鋒',1,1,'蛤蟆功',0),
('梅超風',0,1,'九陰白骨爪',0),
('喬峯',1,2,'降龍十八掌',0),
('段譽',1,2,'六脈神劍',0),
('虛竹',1,2,'天山六陽掌',0),
('王語嫣',0,2,'神仙姐姐',0),
('令狐沖',1,3,'獨孤九劍',0),
('任盈盈',0,3,'彈琴',0),
('嶽不羣',1,3,'華山劍法',0),
('東方不敗',0,3,'葵花寶典',0),
('胡斐',1,4,'胡家刀法',0),
('苗若蘭',0,4,'黃衣',0),
('程靈素',0,4,'醫術',0),
('袁紫衣',0,4,'六合拳',0)

模型實例

1 ） 類的屬性

objects：是Manager類型的對象，用於與數據庫進行交互
當定義模型類時沒有指定管理器，則Django會爲模型類提供一個名爲objects的管理器

支持明確指定模型類的管理器

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

當爲模型類指定管理器後，django不再爲模型類生成名爲objects的默認管理器

2 ) 創建對象

當創建對象時，django不會對數據庫進行讀寫操作
調用save()方法才與數據庫交互，將對象保存到數據庫中
使用關鍵字參數構造模型對象很麻煩，推薦使用下面的兩種之式
說明：init方法已經在基類models.Model中使用，在自定義模型中無法使用

3 ) 實例的屬性

DoesNotExist：在進行單個查詢時，模型的對象不存在時會引發此異常，結合try/except使用

4 ) 實例的方法

__str__(self)：重寫object方法，此方法在將對象轉換成字符串時會被調用
save()：將模型對象保存到數據表中
delete()：將模型對象從數據表中刪除

模型查詢

查詢集表示從數據庫中獲取的對象集合
查詢集可以含有零個、一個或多個過濾器
過濾器基於所給的參數限制查詢的結果
從Sql的角度，查詢集和select語句等價，過濾器像where和limit子句
接下來主要討論如下知識點
- 查詢集
- 字段查詢：比較運算符，F對象，Q對象

1 ） 查詢集

在管理器上調用過濾器方法會返回查詢集
查詢集經過過濾器篩選後返回新的查詢集，因此可以寫成鏈式過濾
惰性執行：創建查詢集不會帶來任何數據庫的訪問，直到調用數據時，纔會訪問數據庫
何時對查詢集求值：迭代，序列化，與if合用
返回查詢集的方法，稱爲過濾器
- all()
- filter()
- exclude()
- order_by()
- values() : 一個對象構成一個字典，然後構成一個列表返回

寫法：

filter(鍵1=值1,鍵2=值2)
等價於
filter(鍵1=值1).filter(鍵2=值2)

返回單個值的方法
- get()：返回單個滿足條件的對象
  - 如果未找到會引發"模型類.DoesNotExist"異常
  - 如果多條被返回，會引發"模型類.MultipleObjectsReturned"異常
- count()：返回當前查詢的總條數
- first()：返回第一個對象
- last()：返回最後一個對象
- exists()：判斷查詢集中是否有數據，如果有則返回True

限制查詢集

查詢集返回列表，可以使用下標的方式進行限制，等同於sql中的limit和offset子句
注意：不支持負數索引
使用下標後返回一個新的查詢集，不會立即執行查詢
如果獲取一個對象，直接使用[0]，等同於[0:1].get()，但是如果沒有數據，[0]引發IndexError異常，[0:1].get()引發DoesNotExist異常
```
#這會返回前5個對象 LIMIT 5
Entry.objects.all()[:5]
#這將返回第六個到第十個對象 OFFSET 5 LIMIT 5
Entry.objects.all()[5:10]
```

查詢集的緩存

每個查詢集都包含一個緩存來最小化對數據庫的訪問
在新建的查詢集中，緩存爲空，首次對查詢集求值時，會發生數據庫查詢，django會將查詢的結果存在查詢集的緩存中，並返回請求的結果，接下來對查詢集求值將重用緩存的結果
情況一：這構成了兩個查詢集，無法重用緩存，每次查詢都會與數據庫進行一次交互，增加了數據庫的負載
```
print([e.title for e in Entry.objects.all()])
print([e.title for e in Entry.objects.all()])
```

情況二：兩次循環使用同一個查詢集，第二次使用緩存中的數據

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

何時查詢集不會被緩存：當只對查詢集的部分進行求值時會檢查緩存，但是如果這部分不在緩存中，那麼接下來查詢返回的記錄將不會被緩存，這意味着使用索引來限制查詢集將不會填充緩存，如果這部分數據已經被緩存，則直接使用緩存中的數據

2 ) 字段查詢

實現where子名，作爲方法filter()、exclude()、get()的參數
語法：屬性名稱__比較運算符=值
表示兩個下劃線，左側是屬性名稱，右側是比較類型
對於外鍵，使用“屬性名_id”表示外鍵的原始值
轉義：like語句中使用了%與，匹配數據中的%與，在過濾器中直接寫，例如：filter(title__contains="%")=>where title like ‘%%%’，表示查找標題中包含%的

比較運算符

exact：表示判等，大小寫敏感；如果沒有寫“ 比較運算符”，表示判等
- filter(isDelete=False)
contains：是否包含，大小寫敏感
- exclude(btitle__contains='www')
startswith、endswith：以value開頭或結尾，大小寫敏感
- exclude(btitle__endswith='com')
isnull、isnotnull：是否爲null
- filter(btitle__isnull=False)
在前面加個i表示不區分大小寫，如iexact、icontains、istarswith、iendswith
in：是否包含在範圍內
- filter(pk__in=[1, 2, 3, 4, 5])
gt、gte、lt、lte：大於、大於等於、小於、小於等於
- filter(id__gt=3)
year、month、day、week_day、hour、minute、second：對日期間類型的屬性進行運算
- filter(bpub_date__year=1980)
- filter(bpub_date__gt=date(1980, 12, 31))

跨關聯關係的查詢：處理join查詢

語法：模型類名 <屬性名> <比較>
注：可以沒有__<比較>部分，表示等於，結果同inner join
可返向使用，即在關聯的兩個模型中都可以使用
- filter(heroinfo_ _hcontent_ _contains='八')

聚合函數

使用aggregate()函數返回聚合函數的值

函數：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()

Model模型的實戰

1 ) 創建數據庫和表（若是執行表遷移，可跳過下面操作）

進入MySQL數據庫創建數據庫：d_models_db

進入數據庫創建數據表：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

備註：當然也可以通過遷移文件生成users表(需要使用Meta來改名)
添加幾條測試數據

2 ) 創建項目djangoApp和應用app

創建項目框架 djangoApp $ django-admin startproject djangoApp && cd djangoApp
在項目中創建一個myapp應用 $ python3 manage.py startapp app
創建模板目錄 $ mkdir tpls && cd mkdir tpls/app
注：最外層的目錄Django-1.11.11-model 是改名而來的

項目目錄結構：

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 ） 執行數據庫連接配置,網站配置

編輯djangoApp/init.py文件，添加Pymysql的數據庫操作支持
```
import pymysql
pymysql.install_as_MySQLdb()
```

編輯djangoApp/settings.py文件，配置數據庫連接

# ...
#配置自己的服務器IP地址
ALLOWED_HOSTS = ['localhost','127.0.0.1','*']

# ...
#添加自己應用
INSTALLED_APPS = [
    'django.contrib.admin',
    'django.contrib.auth',
    'django.contrib.contenttypes',
    'django.contrib.sessions',
    'django.contrib.messages',
    'django.contrib.staticfiles',
    'app',
]

# ...

# 配置模板路徑信息
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',
            ],
        },
    },
]

# ...
# 數據庫連接配置
DATABASES = {
'default': {
    'ENGINE': 'django.db.backends.mysql',
    'NAME': 'd_models_db',
    'USER': 'root',
    'PASSWORD': '', # 填寫自己的數據庫密碼
    'HOST': 'localhost',
    'PORT': '3306',
}
# ...

4 ） 定義Model類

編輯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

測試Model類的使用, 執行 $ python3 manage.py shell

[root@localhost djangoApp]#  python3 manage.py shell
>>> from app.models import Users
>>> Users.objects.all()
<QuerySet [<Users: 張三:12345678901>, <Users: aa:13456789023>]>
>>> s = Users.objects.get(id=1)
>>> s.id
1
>>> s.name
'張三'
>>> s.age
20
>>> s.phone
'12345678901'

5 ) 實現Web端訪問

編輯djangoApp/settings.py文件.做 ALLOWED_HOSTS 主機訪問配置（若之前已做可跳過此步驟）
- ALLOWED_HOSTS = ['localhost','127.0.0.1','這裏填寫主機的ip地址', '*']

編寫項目主路由urls配置,配置對djangoApp應用路由的訪問連接配置

from django.conf.urls import include,url
from django.contrib import admin

urlpatterns = [
    url(r'^admin/', admin.site.urls),
    url(r'^', include('app.urls')),
]

配置當前應用djangoApp的路由配置
- 在djangoApp應用目錄下創建一個路由文件urls.py文件，注意此文件編碼爲utf-8（建議複製一個）。
- 編輯應用中的路由配置文件：djangoApp/app/urls.py, 內容如下：
```
from django.conf.urls import url
from . import views

urlpatterns = [
    url(r'^$', views.index, name="index"),
]
```

編輯視圖文件：djangoApp/views.py，內容如下

#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("沒有找到對應的信息！")

測試環節：在項目根目錄下運行 $ python3 manage.py runserver命令，開啓服務
打開瀏覽器，在瀏覽其中輸入網址測試：127.0.0.1:8000
繼續上面操作完成Web版的Users信息的crud操作，詳見下面示例倉庫

6 ） 示例操作代碼倉庫詳見

Django-1.11.11-model

Johnny丶me

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Python筆記：Django框架的模型層詳解

Model模型

模型與數據庫的關係

爲什麼要用模型

配置Mysql數據庫

開發流程

定義模型

定義屬性

元選項

示例演示

測試數據

模型實例

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