Web开发之旅-Flask操作数据库详解

上一篇文章介绍了Flask操作数据库的整个过程，但是关于数据库还有很多的内容没有提及，作为Web开发三大内容之一，而且是其他两块内容的基础，必须详细了解掌握。

一、连接数据库

前面讲到Flask可以使用各种各样的数据库，但是使用数据库之前需要先配置数据库的连接，前一篇文章介绍了使用sqlite的配置方法，sqlite不需要单独安装就可以使用，在小型应用中很实用，但是在大型应用中就无法满足需求了，这篇文章详细介绍Flask使用MySQL的配置，在服务器部署那篇文章介绍了Centos安装配置数据库的方法，Windows和Mac安装方法可以自行搜索安装，并配置好用户及数据库。

其实配置数据库连接只需要配置Flask实例app的SQLALCHEMY_DATABASE_URI参数就可以了，配置方法是直接修改app.config这个字典相应键的值，可以先看看config这个字典有哪些键：

Flask操作数据库是通过SQLAlchemy这个ORM来实现的，把SQLZLCHEMY开头的提出来：

必须配置的参数就是SQLALCHEMY_DATABASE_URI，不同的数据库使用不同的URI：

这里会有一个小坑，因为python连接数据库除了需要驱动，其实就是一个库，所以需要单独安装并明确指出，所以连接mysql需要先安装驱动：

$ pip install pymysql

URI则需要使用+号来指定数据库驱动：

mysql+pymysql://username:password@localhost/mydatabase

sqlite未指定驱动是因为安装python时就有了sqlite的驱动，系统默认使用，sqlite的URI实际上就是一个文件的位置，这个文件存放的就是数据库的内容，首先使用os库获取了当前文件的绝对路径，然后连接一个文件名就得到了数据库文件的绝对路径。

二、建立数据库模型

ORM是将python的对象和数据库表映射起来，新安装的数据库中是没有表的，我们需要先建立python的类，这个类被称为数据库模型Model，然后将这个类映射成数据库的表，使用flask-migrate同步到数据库中生成对应的表，这样就可以进行数据库的增删查改了，如果数据库中的表已经建好了，那么就需要根据表的内容来建立Model，想要修改表的结构同样使用flask-migrate就可以了。

以博客文章为例：

1.字段

首先需要继承db.Model这个类，__tablename__是指定这张表的名称，不是必须指定的，如果不指定这张表名就是这个类名，通常表名使用复数形式更符合习惯。db.Column()是实例化一个表的字段，简单的讲就是表的一列，规定这一列的名称、数据类型及其他属性，id这个字段很重要，primary_key指明它是这张表的主键，其他键的内容都和它完全关联，通过主键可以找到表中任意的一行，而且它是自动增长且不重复，不需要我们操作，db.Integer()是指定字段的数据类型，关于SQLAlchemy的数据类型可以参照下表：

db.Column的其他参数

三、数据库关系

这是关系数据库的最大特点，通过关系将各个表之间关联起来，减少了数据的冗余并且方便查询，关系分为一对多和多对多。

1.一对多

这个关系很好理解，例如：一个网站有很多用户，那么就会有一个User表，存放着用户的各种信息，用户会发表文章，所有文章的信息都会放在Post表中，每篇文章的作者是一个用户，每个用户会发多篇文章，这就是一对多，使用这种关系将Post表和User表关联起来，我们就可以通过一篇文章查到作者的所有信息，也可以通过用户查到他的所有文章，那是如何实现的呢？

第一步，在Post表中添加一个字段，这个字段通过外键关联到User表：

user_id这个字段就是外键，在db.Column实例化的时候传入db.ForeignKey，db.ForeignKey实例化的参数就是关联表的字段，为什么是users.id？users很好理解，它是User的表名，为什么是id字段呢？回头看看上篇文章讲的关系数据库的第三范式！

第二步，在User表中添加一个关系：

posts就是一个关系，db.relationship()的第一个参数是指向了关联的表，注意这里使用的类名称，实例化一个关系还有其他的参数：

这里提到了一对一的关系，例如User表的列数太多的时候，一次查询返回的数据量太大，但是我们并不需要那么多的信息，就可以将表进行拆分，将user的主要信息放在主表中，user的一些其他信息放在附表中，然后在主表中添加一个外键关联到附表中，使用的时候和一对多一样，只需要将附表的关系userlist参数设为False就可以了。

2.多对多

多对多关系比一对多稍稍复杂一点，但是理解起来并不难，比如用户写了一篇文章，文章会提取一些标签，这些标签方便后期的分类和检索，一篇文章会有多个标签，同时会有多篇文章可能使用相同的标签，标签和文章就是一个多对多的关系，标签需要新建一个模型Tag，文章就是之前的Post。

如何处理多对多的关系？

处理多对多关系其实就是增加一张表posts_tags，这张表有两个字段，分别对应到Tag表和Post表，这样就分解成了两个一对多，从Tag到posts_tags是一对多，Post到posts_tags也是。

第一步，新建一张标签和文章的关联表：

这里新建表没有使用继承db.Model的方式，而是用db.Table()生成，db.Table比db.Model更底层，db.Model提供的对象包装方式可以轻松读取某行记录，而我们不需要读取posts_tags某行记录，因为它每一行存放了两个数字，分别是Post和Tag的id，单独读取某行记录是没有意义的，所以使用db.Table来创建表。'posts_tags','post_id','tag_id'分别是表名和两个字段名，因为它对Post和Tag都是多的那一方，所以需要生成两个外键，分别指向posts.id和tags.id。

第二步，在Post表中生成关系

只需要在一个模型中添加关系就可以，例如上图添加在Post中，Tag模型不需要任何修改，db.relationship()第一个参数是指向的多对多的另外一个模型，而不是posts_tags这个关联表，posts_tags传给了secondary参数，表示关联情况保存在posts_tags中，backref参数是给Tag模型添加一个属性posts，这样就可以通过tag.posts查询带有该标签的所有文章。大家可能会疑惑为什么Tag模型中未定义关系，这是因为SQLAlchemy隐式的帮我们处理了这个关联关系。

3.自引用

前面说的是两张表之间的关系，还有一种情况是一个模型的某个字段会外键关联到自身，例如：一个用户会关注很多其他用户，同时他也会被其他用户关注，这是一个多对多的关系，但都是User这个模型，如何处理这种自引用的多对多关系呢？

第一步，新建一个关联表：

为什么这个关联表没有使用db.Table，因为我们在里面加了timestamp这个字段用来表示关注时间，所以需要查询这张表获取关注时间，还有一个特殊之处在于follower_id和followed_id两个字段都设为主键，这种情况叫联合主键，通过两个字段的值才能确定是哪一行的数据。follower表示关注者，followed表示被关注者。

第二步，添加关系

这里与之前普通多对多关系不同，添加了两条关系，因为我们把关联表变成可查询的后，SQLAlchemy无法隐式关联了，只能是显式的添加两条关联关系，followed表示用户所有关注的人，followers表示所有关注自己的人，相当于这两个字段之间通过Follow这张表来实现多对多的关系，为了消除外键的歧义，传入了foreign_keys来指定关联Follow中的外键，cascade被称为层叠选项，默认情况下记录被删除后会将相关对象的外键设为空值，而这里需要把指向该记录的实体也删除，这样可以消除孤儿记录（与其他数据都没有关联的记录）

四、数据的迁移操作

模型已经建立好了，但是数据库中还没有相应的表，如果对数据库进行操作就会报错，或者是修改了模型，数据库没有做对应的修改，仍然会导致异常，这里就需要用到上一篇文章中的flask-migrate这个库来将模型的改动同步到数据库中，这个库非常的实用，避免了我们手动的去修改数据库，写好模型后就能自动在数据库中生成对应的表，配置这个库在上一篇文章已经讲到了，这篇文章讲一些细节。

当输入python hello.py db会显示上面这些信息，下面就说说他们都有什么用。

第一次使用时用init初始化一个仓库，然后用migrate把模型生成一个revision，最后使用upgrade把revision同步到数据库，以后有修改模型就先migrate，然后upgrade就可以了。

五、数据库的CRUD

CRUD是操作数据库的最基本操作，使用flask-migrate将数据库同步好以后，我们先在shell里面看看如何操作数据库：

1.将新建的模型加入到上下文

这样在shell中才能使用这些类。

2.增（Create）

user=User()，将User类实例化一个对象，然后修改user的属性username，db.session.add(user)是将要写入数据库的对象添加到会话中，db.session.commit()是将会话中的内容提交到数据库，这样user这个数据就已经写入到数据库中了，注意的问题是如果username设置了unique属性，也就是不能重复的话，就会存在写入时报错，通常会先做检查然后再写入，后面会讲如何操作。tag的操作是直接讲属性的内容当参数传递给了Tag来进行实例化，一条语句搞定，post就涉及到关联的操作了，post.user我们直接讲user对象赋值给它，建立模型的时候User中的posts反向引用backref参数为user，所以可以直接使用post.user，它接受的是一个User对象，这是多到一的情况，post.tags是多到多的情况，它是一个列表，所以使用append方法将Tag对象添加到post.tags中，如果反过来呢？同样的道理，tag.posts.append(post)就可以了，前面的user.posts也是相同的方法，就是“多”的情况就用append，“1”的情况就直接赋值。

2查（Read）

查询应该是数据库操作使用得最多的操作了，先介绍简单的方式，使用模型Model进行查询。

这里返回结果看起来不太友好，User 1我们并知道是谁，能不能返回的是user的username呢？给User类添加一个__repr__方法就可以了，其他模型操作同理。

查询语句排在第一的是模型，也就是想查哪张表就用哪个模型，第二是query，查询的意思，第三是过滤器，是可选的，例如filter_by，第四是查询执行函数，例如all。

过滤器

执行函数

联结查询

如果想得到一个用户所关注的所有用户的所有文章怎么办？

2. select_from(Follow)表示查询从Follow开始

3. filter_by(follower_id=user.id)查询出用户关注的所有用户

4. join(Post, Follow.followed_id == Post.user_id)括号里的内容表示Post表中作者为用户所关注的所有用户的文章，join表示联结。

简化一下可以得到：

关于联结查询大家可以SQL相关内容来帮助理解。

3改（Update）

4删（Delete）

删除也是先通过查询拿到数据，然后调用delete方法删除就OK了。

关于通过视图函数来操作数据库在后面表单操作的文章中介绍，使用方法与这一节shell中操作方法相同。

数据库是很重要的一块内容，强力推荐更深入的学习数据库的基础知识。