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## 深入模型
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在上一个章节中，我们提到了Django是基于MVC架构的Web框架，MVC架构追求的是“模型”和“视图”的解耦合。所谓“模型”说得更直白一些就是数据（的表示），所以通常也被称作“数据模型”。在实际的项目中，数据模型通常通过数据库实现持久化操作，而关系型数据库在过去和当下都是持久化的首选方案，下面我们以MySQL为例来说明如何使用关系型数据库来实现持久化操作。
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### 配置关系型数据库MySQL
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我们继续来完善上一个章节中的OA项目，首先从配置项目使用的数据库开始。
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1. 修改项目的settings.py文件，首先将我们之前创建的应用hrs添加已安装的项目中，然后配置MySQL作为持久化方案。
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```Shell
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(venv)$ vim oa/settings.py
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```
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```Python
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# 此处省略上面的代码
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INSTALLED_APPS = [
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'django.contrib.admin',
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'django.contrib.auth',
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'django.contrib.contenttypes',
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'django.contrib.sessions',
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'django.contrib.messages',
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'django.contrib.staticfiles',
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'hrs',
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]
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DATABASES = {
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'default': {
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'ENGINE': 'django.db.backends.mysql',
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'NAME': 'oa',
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'HOST': '127.0.0.1',
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'PORT': 3306,
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'USER': 'root',
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'PASSWORD': '123456',
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}
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}
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# 此处省略下面的代码
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```
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在配置ENGINE属性时，常用的可选值包括：
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- `'django.db.backends.sqlite3'`：SQLite嵌入式数据库。
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- `'django.db.backends.postgresql'`：BSD许可证下发行的开源关系型数据库产品。
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- `'django.db.backends.mysql'`：转手多次目前属于甲骨文公司的经济高效的数据库产品。
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- `'django.db.backends.oracle'`：甲骨文公司的关系型数据库旗舰产品。
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其他的配置可以参考官方文档中[数据库配置](https://docs.djangoproject.com/zh-hans/2.0/ref/databases/#third-party-notes)的部分。
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NAME属性代表数据库的名称，如果使用SQLite它对应着一个文件，在这种情况下NAME的属性值应该是一个绝对路径；使用其他关系型数据库，则要配置对应的HOST（主机）、PORT（端口）、USER（用户名）、PASSWORD（口令）等属性。
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2. 安装Python操作MySQL的依赖库，Python 3中通常使用PyMySQL，Python 2中通常用MySQLdb。
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```Shell
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(venv)$ pip install pymysql
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```
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如果使用Python 3需要修改**项目目录**下的`__init__.py`文件并加入如下所示的代码，这段代码的作用是将PyMySQL视为MySQLdb来使用，从而避免Django找不到连接MySQL的客户端工具而询问你：“Did you install mysqlclient? ”（你安装了mysqlclient吗？）。
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```Python
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import pymysql
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pymysql.install_as_MySQLdb()
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```
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3. 如果之前没有为应用程序创建数据库，那么现在是时候创建名为oa的数据库了。在MySQL中创建数据库的SQL语句如下所示：
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```SQL
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create database oa default charset utf8;
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```
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4. Django框架本身有自带的数据模型，我们稍后会用到这些模型，为此我们先做一次迁移操作。所谓迁移，就是根据模型自动生成关系数据库中的二维表，命令如下所示：
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```Shell
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(venv)$ python manage.py migrate
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Operations to perform:
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Apply all migrations: admin, auth, contenttypes, sessions
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Running migrations:
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Applying contenttypes.0001_initial... OK
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Applying auth.0001_initial... OK
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||
Applying admin.0001_initial... OK
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Applying admin.0002_logentry_remove_auto_add... OK
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Applying contenttypes.0002_remove_content_type_name... OK
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||
Applying auth.0002_alter_permission_name_max_length... OK
|
||
Applying auth.0003_alter_user_email_max_length... OK
|
||
Applying auth.0004_alter_user_username_opts... OK
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||
Applying auth.0005_alter_user_last_login_null... OK
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||
Applying auth.0006_require_contenttypes_0002... OK
|
||
Applying auth.0007_alter_validators_add_error_messages... OK
|
||
Applying auth.0008_alter_user_username_max_length... OK
|
||
Applying auth.0009_alter_user_last_name_max_length... OK
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||
Applying sessions.0001_initial... OK
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```
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5. 接下来，我们为自己的应用创建数据模型。如果要在hrs应用中实现对部门和员工的管理，我们可以先创建部门和员工数据模型，代码如下所示。
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```Shell
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(venv)$ vim hrs/models.py
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```
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```Python
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from django.db import models
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class Dept(models.Model):
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"""部门类"""
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no = models.IntegerField(primary_key=True, db_column='dno', verbose_name='部门编号')
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name = models.CharField(max_length=20, db_column='dname', verbose_name='部门名称')
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location = models.CharField(max_length=10, db_column='dloc', verbose_name='部门所在地')
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class Meta:
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db_table = 'tb_dept'
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class Emp(models.Model):
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"""员工类"""
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no = models.IntegerField(primary_key=True, db_column='eno', verbose_name='员工编号')
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name = models.CharField(max_length=20, db_column='ename', verbose_name='员工姓名')
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job = models.CharField(max_length=10, verbose_name='职位')
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# 多对一外键关联(自参照)
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mgr = models.ForeignKey('self', on_delete=models.SET_NULL, null=True, blank=True, verbose_name='主管')
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sal = models.DecimalField(max_digits=7, decimal_places=2, verbose_name='月薪')
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comm = models.DecimalField(max_digits=7, decimal_places=2, null=True, blank=True, verbose_name='补贴')
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# 多对一外键关联(参照部门模型)
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dept = models.ForeignKey(Dept, db_column='dno', on_delete=models.PROTECT, verbose_name='所在部门')
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class Meta:
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db_table = 'tb_emp'
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```
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> 说明：上面定义模型时使用了字段类及其属性，其中IntegerField对应数据库中的integer类型，CharField对应数据库的varchar类型，DecimalField对应数据库的decimal类型，ForeignKey用来建立多对一外键关联。字段属性primary_key用于设置主键，max_length用来设置字段的最大长度，db_column用来设置数据库中与字段对应的列，verbose_name则设置了Django后台管理系统中该字段显示的名称。如果对这些东西感到很困惑也不要紧，文末提供了字段类、字段属性、元数据选项等设置的相关说明，不清楚的读者可以稍后查看对应的参考指南。
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6. 再次执行迁移操作，先通过模型生成迁移文件，再执行迁移创建二维表。
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```Shell
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(venv)$ python manage.py makemigrations hrs
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Migrations for 'hrs':
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hrs/migrations/0001_initial.py
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- Create model Dept
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- Create model Emp
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(venv)$ python manage.py migrate
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Operations to perform:
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||
Apply all migrations: admin, auth, contenttypes, hrs, sessions
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||
Running migrations:
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Applying hrs.0001_initial... OK
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```
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执行完数据模型迁移操作之后，可以在通过图形化的MySQL客户端工具查看到E-R图（实体关系图）。
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### 利用Django后台管理模型
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Django框架有自带的后台管理系统来实现对模型的管理。虽然实际应用中，这个后台可能并不能满足我们的需求，但是在学习Django框架时，我们暂时可以利用Django自带的后台管理系统来管理我们的模型，同时也可以了解一个项目的后台管理系统到底需要哪些功能。
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1. 创建超级管理员账号。
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```Shell
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(venv)$ python manage.py createsuperuser
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Username (leave blank to use 'hao'): jackfrued
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Email address: jackfrued@126.com
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Password:
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Password (again):
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Superuser created successfully.
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```
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2. 启动Web服务器，登录后台管理系统。
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```Shell
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(venv)$ python manage.py runserver
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```
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访问<http://127.0.0.1:8000/admin>，会来到如下图所示的登录界面。
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登录后进入管理员操作平台。
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至此我们还没有看到之前创建的模型类，需要在应用的admin.py文件中模型进行注册。
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3. 注册模型类。
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```Shell
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(venv)$ vim hrs/admin.py
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```
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```Python
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from django.contrib import admin
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from hrs.models import Emp, Dept
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admin.site.register(Dept)
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admin.site.register(Emp)
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```
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注册模型类后，就可以在后台管理系统中看到它们。
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4. 对模型进行CRUD操作。
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可以在管理员平台对模型进行C（新增）、R（查看）、U（更新）、D（删除）操作，如下图所示。
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- 添加新的部门。
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- 查看所有部门。
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- 更新和删除部门。
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5. 注册模型管理类。
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可能大家已经注意到了，刚才在后台查看部门信息的时候，显示的部门信息并不直观，为此我们再修改admin.py文件，通过注册模型管理类，可以在后台管理系统中更好的管理模型。
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```Python
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from django.contrib import admin
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from hrs.models import Emp, Dept
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class DeptAdmin(admin.ModelAdmin):
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list_display = ('no', 'name', 'location')
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ordering = ('no', )
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class EmpAdmin(admin.ModelAdmin):
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list_display = ('no', 'name', 'job', 'mgr', 'sal', 'comm', 'dept')
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search_fields = ('name', 'job')
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admin.site.register(Dept, DeptAdmin)
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admin.site.register(Emp, EmpAdmin)
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```
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为了更好的查看模型数据，可以为Dept和Emp两个模型类添加`__str__`魔法方法。
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```Python
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from django.db import models
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class Dept(models.Model):
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"""部门类"""
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# 此处省略上面的代码
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def __str__(self):
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return self.name
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# 此处省略下面的代码
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class Emp(models.Model):
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"""员工类"""
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# 此处省略上面的代码
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def __str__(self):
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return self.name
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# 此处省略下面的代码
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```
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修改代码后刷新查看Emp模型的页面，效果如下图所示。
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### 使用ORM完成模型的CRUD操作
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在了解了Django提供的模型管理平台之后，我们来看看如何从代码层面完成对模型的CRUD（Create / Read / Update / Delete）操作。我们可以通过manage.py开启Shell交互式环境，然后使用Django内置的ORM框架对模型进行CRUD操作。
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```Shell
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(venv)$ python manage.py shell
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Python 3.6.4 (v3.6.4:d48ecebad5, Dec 18 2017, 21:07:28)
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[GCC 4.2.1 (Apple Inc. build 5666) (dot 3)] on darwin
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Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
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(InteractiveConsole)
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>>>
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```
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#### 新增
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```Shell
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>>> from hrs.models import Dept, Emp
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>>>
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>>> dept = Dept(40, '研发2部', '深圳')
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>>> dept.save()
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```
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#### 更新
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```Shell
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>>> dept.name = '研发3部'
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||
>>> dept.save()
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```
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#### 查询
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1. 查询所有对象。
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```Shell
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>>> Dept.objects.all()
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<QuerySet [<Dept: 研发1部>, <Dept: 销售1部>, <Dept: 运维1部>, <Dept: 研发3部>]>
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```
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2. 过滤数据。
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```Shell
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>>> Dept.objects.filter(name='研发3部') # 查询部门名称为“研发3部”的部门
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<QuerySet [<Dept: 研发3部>]>
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>>>
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>>> Dept.objects.filter(name__contains='研发') # 查询部门名称包含“研发”的部门(模糊查询)
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<QuerySet [<Dept: 研发1部>, <Dept: 研发3部>]>
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||
>>>
|
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>>> Dept.objects.filter(no__gt=10).filter(no__lt=40) # 查询部门编号大于10小于40的部门
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<QuerySet [<Dept: 销售1部>, <Dept: 运维1部>]>
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||
>>>
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||
>>> Dept.objects.filter(no__range=(10, 30)) # 查询部门编号在10到30之间的部门
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<QuerySet [<Dept: 研发1部>, <Dept: 销售1部>, <Dept: 运维1部>]>
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```
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3. 查询单个对象。
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```Shell
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>>> Dept.objects.get(pk=10)
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<Dept: 研发1部>
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>>>
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>>> Dept.objects.get(no=20)
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<Dept: 销售1部>
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>>>
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>>> Dept.objects.get(no__exact=30)
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<Dept: 运维1部>
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>>>
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>>> Dept.objects.filter(no=10).first()
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<Dept: 研发1部>
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```
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4. 排序数据。
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```Shell
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>>> Dept.objects.order_by('no') # 查询所有部门按部门编号升序排列
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<QuerySet [<Dept: 研发1部>, <Dept: 销售1部>, <Dept: 运维1部>, <Dept: 研发3部>]>
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||
>>>
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||
>>> Dept.objects.order_by('-no') # 查询所有部门按部门编号降序排列
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||
<QuerySet [<Dept: 研发3部>, <Dept: 运维1部>, <Dept: 销售1部>, <Dept: 研发1部>]>
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```
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5. 数据切片（分页查询）。
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```Shell
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>>> Dept.objects.order_by('no')[0:2] # 按部门编号排序查询1~2部门
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<QuerySet [<Dept: 研发1部>, <Dept: 销售1部>]>
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||
>>>
|
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>>> Dept.objects.order_by('no')[2:4] # 按部门编号排序查询3~4部门
|
||
<QuerySet [<Dept: 运维1部>, <Dept: 研发3部>]>
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```
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6. 高级查询。
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```Shell
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>>> Emp.objects.filter(dept__no=10) # 根据部门编号查询该部门的员工
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<QuerySet [<Emp: 乔峰>, <Emp: 张无忌>, <Emp: 张三丰>]>
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>>>
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>>> Emp.objects.filter(dept__name__contains='销售') # 查询名字包含“销售”的部门的员工
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<QuerySet [<Emp: 黄蓉>]>
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>>>
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>>> Dept.objects.get(pk=10).emp_set.all() # 通过部门反查部门所有的员工
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<QuerySet [<Emp: 乔峰>, <Emp: 张无忌>, <Emp: 张三丰>]>
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```
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> 说明1：由于员工与部门之间存在多对一外键关联，所以也能通过部门反向查询该部门的员工（从一对多关系中“一”的一方查询“多”的一方），反向查询属性默认的名字是`类名小写_set`（如上面例子中的`emp_set`），当然也可以在创建模型时通过`ForeingKey`的`related_name`属性指定反向查询属性的名字。如果不希望执行反向查询可以将`related_name`属性设置为`'+'`或以`'+'`开头的字符串。
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> 说明2：查询多个对象的时候返回的是QuerySet对象，QuerySet使用了惰性查询，即在创建QuerySet对象的过程中不涉及任何数据库活动，等真正用到对象时（求值QuerySet）才向数据库发送SQL语句并获取对应的结果，这一点在实际开发中需要引起注意！
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> 说明3：可以在QuerySet上使用`update()`方法一次更新多个对象。
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#### 删除
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```Shell
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>>> Dept.objects.get(pk=40).delete()
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(1, {'hrs.Dept': 1})
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```
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### Django模型最佳实践
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1. 正确的为模型和关系字段命名。
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2. 设置适当的`related_name`属性。
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3. 用`OneToOneField`代替`ForeignKeyField(unique=True)`。
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4. 通过“迁移操作”（migrate）来添加模型。
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5. 用NoSQL来应对需要降低范式级别的场景。
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||
6. 如果布尔类型可以为空要使用`NullBooleanField`。
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7. 在模型中放置业务逻辑。
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8. 用`<ModelName>.DoesNotExists`取代`ObjectDoesNotExists`。
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||
9. 在数据库中不要出现无效数据。
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10. 不要对`QuerySet`调用`len()`函数。
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||
11. 将`QuerySet`的`exists()`方法的返回值用于`if`条件。
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||
12. 用`DecimalField`来存储货币相关数据而不是`FloatField`。
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13. 定义`__str__`方法。
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14. 不要将数据文件放在同一个目录中。
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> 说明：以上内容来自于STEELKIWI网站的[*Best Practice working with Django models in Python*](https://steelkiwi.com/blog/best-practices-working-django-models-python/)，有兴趣的小伙伴可以阅读原文。
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### 模型定义参考
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#### 字段
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对字段名称的限制
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- 字段名不能是Python的保留字，否则会导致语法错误
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- 字段名不能有多个连续下划线，否则影响ORM查询操作
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Django模型字段类
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| 字段类 | 说明 |
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| --------------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| AutoField |自增ID字段 |
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| BigIntegerField |64位有符号整数 |
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| BinaryField | 存储二进制数据的字段，对应Python的bytes类型 |
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| BooleanField | 存储True或False |
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| CharField | 长度较小的字符串 |
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||
| DateField | 存储日期，有auto_now和auto_now_add属性 |
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| DateTimeField | 存储日期和日期，两个附加属性同上 |
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||
| DecimalField |存储固定精度小数，有max_digits（有效位数）和decimal_places（小数点后面）两个必要的参数 |
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||
| DurationField |存储时间跨度 |
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||
| EmailField | 与CharField相同，可以用EmailValidator验证 |
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| FileField | 文件上传字段 |
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| FloatField | 存储浮点数 |
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||
| ImageField | 其他同FileFiled，要验证上传的是不是有效图像 |
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||
| IntegerField | 存储32位有符号整数。 |
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||
| GenericIPAddressField | 存储IPv4或IPv6地址 |
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||
| NullBooleanField | 存储True、False或null值 |
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||
| PositiveIntegerField | 存储无符号整数（只能存储正数） |
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||
| SlugField | 存储slug（简短标注） |
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| SmallIntegerField | 存储16位有符号整数 |
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||
| TextField | 存储数据量较大的文本 |
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| TimeField | 存储时间 |
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||
| URLField | 存储URL的CharField |
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| UUIDField | 存储全局唯一标识符 |
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#### 字段属性
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通用字段属性
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| 选项 | 说明 |
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| -------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| null | 数据库中对应的字段是否允许为NULL，默认为False |
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| blank | 后台模型管理验证数据时，是否允许为NULL，默认为False |
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| choices | 设定字段的选项，各元组中的第一个值是设置在模型上的值，第二值是人类可读的值 |
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||
| db_column | 字段对应到数据库表中的列名，未指定时直接使用字段的名称 |
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||
| db_index | 设置为True时将在该字段创建索引 |
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||
| db_tablespace | 为有索引的字段设置使用的表空间，默认为DEFAULT_INDEX_TABLESPACE |
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||
| default | 字段的默认值 |
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||
| editable | 字段在后台模型管理或ModelForm中是否显示，默认为True |
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||
| error_messages | 设定字段抛出异常时的默认消息的字典，其中的键包括null、blank、invalid、invalid_choice、unique和unique_for_date |
|
||
| help_text | 表单小组件旁边显示的额外的帮助文本。 |
|
||
| primary_key | 将字段指定为模型的主键，未指定时会自动添加AutoField用于主键，只读。 |
|
||
| unique | 设置为True时，表中字段的值必须是唯一的 |
|
||
| verbose_name | 字段在后台模型管理显示的名称，未指定时使用字段的名称 |
|
||
|
||
ForeignKey属性
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||
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||
1. limit_choices_to：值是一个Q对象或返回一个Q对象，用于限制后台显示哪些对象。
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||
2. related_name：用于获取关联对象的关联管理器对象（反向查询），如果不允许反向，该属性应该被设置为`'+'`，或者以`'+'`结尾。
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||
3. to_field：指定关联的字段，默认关联对象的主键字段。
|
||
4. db_constraint：是否为外键创建约束，默认值为True。
|
||
5. on_delete：外键关联的对象被删除时对应的动作，可取的值包括django.db.models中定义的：
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||
- CASCADE：级联删除。
|
||
- PROTECT：抛出ProtectedError异常，阻止删除引用的对象。
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- SET_NULL：把外键设置为null，当null属性被设置为True时才能这么做。
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- SET_DEFAULT：把外键设置为默认值，提供了默认值才能这么做。
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ManyToManyField属性
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1. symmetrical：是否建立对称的多对多关系。
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2. through：指定维持多对多关系的中间表的Django模型。
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3. throughfields：定义了中间模型时可以指定建立多对多关系的字段。
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4. db_table：指定维持多对多关系的中间表的表名。
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#### 模型元数据选项
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| 选项 | 说明 |
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| --------------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| abstract | 设置为True时模型是抽象父类 |
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| app_label | 如果定义模型的应用不在INSTALLED_APPS中可以用该属性指定 |
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| db_table | 模型使用的数据表名称 |
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| db_tablespace | 模型使用的数据表空间 |
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| default_related_name | 关联对象回指这个模型时默认使用的名称，默认为<model_name>_set |
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| get_latest_by | 模型中可排序字段的名称。 |
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| managed | 设置为True时，Django在迁移中创建数据表并在执行flush管理命令时把表移除 |
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| order_with_respect_to | 标记对象为可排序的 |
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| ordering | 对象的默认排序 |
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| permissions | 创建对象时写入权限表的额外权限 |
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| default_permissions | 默认为`('add', 'change', 'delete')` |
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| unique_together | 设定组合在一起时必须独一无二的字段名 |
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| index_together | 设定一起建立索引的多个字段名 |
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| verbose_name | 为对象设定人类可读的名称 |
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| verbose_name_plural | 设定对象的复数名称 |
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### 查询参考
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按字段查找可以用的条件：
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1. exact / iexact：精确匹配/忽略大小写的精确匹配查询
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2. contains / icontains / startswith / istartswith / endswith / iendswith：基于`like`的模糊查询
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3. in：集合运算
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4. gt / gte / lt / lte：大于/大于等于/小于/小于等于关系运算
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5. range：指定范围查询（SQL中的`between…and…`）
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6. year / month / day / week_day / hour / minute / second：查询时间日期
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7. isnull：查询空值（True）或非空值（False）
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8. search：基于全文索引的全文检索
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9. regex / iregex：基于正则表达式的模糊匹配查询
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Q对象（用于执行复杂查询）的使用：
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```Shell
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>>> from django.db.models import Q
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>>> Emp.objects.filter(
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... Q(name__startswith='张'),
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... Q(sal__gte=5000) | Q(comm__gte=1000)
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... ) # 查询名字以“张”开头且工资大于等于5000或补贴大于等于1000的员工
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<QuerySet [<Emp: 张三丰>]>
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```
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