Django `select_related` 查询优化

目标

• 理解 N+1 查询问题及其性能影响
• 掌握 select_related 的作用和使用方法
• 能够分析 Django ORM 生成的 SQL 语句
• 在实际开发中正确应用查询优化技巧

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一、问题引入：N+1 查询问题

1.1 数据模型定义

# models.py
class Author(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)
    country = models.CharField(max_length=50)

class Book(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=200)
    author = models.ForeignKey(Author, on_delete=models.CASCADE)
    publish_date = models.DateField()

1.2 存在性能问题的代码

# views.py (存在N+1查询问题)
books = Book.objects.all()
for book in books:
    print(f"书名：{book.title}, 作者：{book.author.name}")

1.3 对应的 SQL 查询

-- 第一次查询：获取所有书籍
SELECT 
    "library_book"."id",
    "library_book"."title", 
    "library_book"."author_id",
    "library_book"."publish_date"
FROM "library_book";

-- 后续 N 次查询：为每本书单独查询作者
SELECT "library_author"."id", "library_author"."name", "library_author"."country"
FROM "library_author" WHERE "library_author"."id" = 1;

SELECT "library_author"."id", "library_author"."name", "library_author"."country"
FROM "library_author" WHERE "library_author"."id" = 2;

-- ... 依此类推，产生 N+1 次查询

问题分析：如果有 100 本书，将产生 101 次数据库查询，严重影响性能。

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二、解决方案：select_related

2.1 select_related 的基本用法

# views.py (优化后的代码)
books = Book.objects.select_related('author').all()
for book in books:
    print(f"书名：{book.title}, 作者：{book.author.name}")

2.2 优化后的 SQL

SELECT 
    "library_book"."id",
    "library_book"."title",
    "library_book"."author_id", 
    "library_book"."publish_date",
    -- 通过 JOIN 一次性获取作者信息
    "library_author"."id",
    "library_author"."name",
    "library_author"."country"
FROM "library_book"
INNER JOIN "library_author" 
    ON ("library_book"."author_id" = "library_author"."id");

优化效果 ：无论有多少本书，都只执行 1 次 数据库查询。

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三、select_related 的深入使用

3.1 深度关联查询

扩展数据模型：

class Country(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=50)
    code = models.CharField(max_length=3)

class Author(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)
    country = models.ForeignKey(Country, on_delete=models.CASCADE)

class Book(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=200)
    author = models.ForeignKey(Author, on_delete=models.CASCADE)
    publish_date = models.DateField()

深度关联查询：

# 一次性获取 Book -> Author -> Country 的所有数据
books = Book.objects.select_related('author__country').all()
for book in books:
    print(f"{book.title} - {book.author.name} - {book.author.country.name}")

对应的 SQL：

SELECT 
    "library_book"."id",
    "library_book"."title",
    "library_book"."author_id",
    "library_book"."publish_date",
    -- 作者表字段
    "library_author"."id",
    "library_author"."name", 
    "library_author"."country_id",
    -- 国家表字段（通过第二次 JOIN）
    "library_country"."id",
    "library_country"."name",
    "library_country"."code"
FROM "library_book"
INNER JOIN "library_author" 
    ON ("library_book"."author_id" = "library_author"."id")
INNER JOIN "library_country" 
    ON ("library_author"."country_id" = "library_country"."id");

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四、实践技巧与注意事项

4.1 查看生成的 SQL 语句

方法1：使用 query 属性

books = Book.objects.select_related('author')
print(books.query)

方法2：配置 Django SQL 日志

在 settings.py 中添加：

LOGGING = {
    'version': 1,
    'disable_existing_loggers': False,
    'handlers': {
        'console': {
            'level': 'DEBUG',
            'class': 'logging.StreamHandler',
        },
    },
    'loggers': {
        'django.db.backends': {
            'handlers': ['console'],
            'level': 'DEBUG',
        },
    },
}

4.2 使用原则

1. 适用场景：

   • 一对一关系（OneToOneField）
   • 多对一关系（ForeignKey）
   • 需要立即访问关联对象字段时

2. 不适用场景：

   • 多对多关系（ManyToManyField）
   • 反向的多对一关系
   • 对于这些情况，应该使用 prefetch_related

3. 注意事项：

   • 不要过度使用深度关联
   • 考虑查询返回的数据量
   • 只在确实需要访问关联对象时使用

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五、总结对比

5.1 性能对比表

查询方式	查询次数	适用场景	SQL 类型
普通查询	N+1 次	不确定是否需要关联对象	简单查询 + 多次关联查询
select_related	1 次	确定需要访问关联对象的所有字段	JOIN 查询

5.2 核心要点

1. 解决问题：N+1 查询问题
2. 实现原理：使用 SQL JOIN 语句一次性加载关联数据
3. 使用语法 ：Model.objects.select_related('foreign_key_field')
4. 深度关联 ：使用双下划线 'field__related_field'
5. 记忆口诀 ："往前拿，用 select_related"

5.3 最佳实践

# 好的实践：明确知道需要作者信息
books = Book.objects.select_related('author').filter(publish_date__year=2023)
for book in books:
    # 这里会频繁访问 author 的字段
    display_info = f"{book.title} by {book.author.name}"

# 不好的实践：不确定是否需要关联对象
books = Book.objects.select_related('author').filter(publish_date__year=2023)
for book in books:
    # 如果这里根本不访问 book.author，就浪费了 JOIN 的性能
    print(book.title)