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：

python 复制代码

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：

python 复制代码

# 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：

python 复制代码

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 ：

python 复制代码

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 复制代码

# 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 ：

python 复制代码

from django.db import transaction

with 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 ：

python 复制代码

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 ：

python 复制代码

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

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