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使用 SQLAlchemy

 Dawnxu 2009-05-15

Noah Gift, 軟件工程師, Giftcs

2008 年 10 月 23 日

SQLAlchemy 是下一代的 Python Object Relational 映射器。通過本文您將了解如何使用新的 0.5 API,、與第三方組件協(xié)作,,并構(gòu)建一個基本的 Web 應(yīng)用程序。

簡介

對 象關(guān)系映射器(Object Relational Mappers,,ORM)在過去數(shù)年吸引了不少人的目光,。主要原因是 ORM 經(jīng)常會在 Web 應(yīng)用程序框架中被提起,因?yàn)樗强焖匍_發(fā)(Rapid Development)棧中的關(guān)鍵組件,。Django 和 Ruby on Rails 等 Web 框架采用了設(shè)計(jì)一個獨(dú)立棧的方法,,將自主開發(fā)的 ORM 緊密集成到該框架中。而其他框架,,如 Pylons,、Turbogears 和 Grok,則采用更加基于組件的架構(gòu)結(jié)合可交換的第三方組件,。兩種方法都有各自的優(yōu)勢:緊密集成允許非常連貫的體驗(yàn)(如果問題映射到框架),,而基于組件的 架構(gòu)則允許最大的設(shè)計(jì)靈活性。但是,,本文的主題并不是 Web 框架,;而是 SQLAlchemy。

SQLAlchemy 在構(gòu)建在 WSGI 規(guī)范上的下一代 Python Web 框架中得到了廣泛應(yīng)用,,它是由 Mike Bayer 和他的核心開發(fā)人員團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一個單獨(dú)的項(xiàng)目,。使用 ORM 等獨(dú)立 SQLAlchemy 的一個優(yōu)勢就是它允許開發(fā)人員首先考慮數(shù)據(jù)模型,并能決定稍后可視化數(shù)據(jù)的方式(采用命令行工具,、Web 框架還是 GUI 框架),。這與先決定使用 Web 框架或 GUI 框架,,然后再決定如何在框架允許的范圍內(nèi)使用數(shù)據(jù)模型的開發(fā)方法極為不同。

什么是 WSGI,?

WSGI 是下一代 Python Web 框架,、應(yīng)用程序和服務(wù)器應(yīng)該遵循的規(guī)范。WSGI 中 一個有趣的方面是創(chuàng)建 Python 中間件,,并在使用 Python 或任何語言創(chuàng)建的 Web 應(yīng)用程序中使用,。請參閱 參考資料,獲取關(guān)于 WSGI 和 WSGI 社區(qū)(Pypefitters)的大量鏈接,。

SQLAlchemy 的一個目標(biāo)是提供能兼容眾多數(shù)據(jù)庫(如 SQLite,、MySQL、Postgres,、Oracle,、MS-SQL、SQLServer 和 Firebird)的企業(yè)級持久性模型,。SQLAlchemy 正處于積極開發(fā)階段,,當(dāng)前最新的 API 將圍繞版本 0.5 設(shè)計(jì)。請參閱參考資料部分,,獲取官方 API 文檔,、教程和 SQLAlchemy 書籍的鏈接。

SQLAlchemy 取得成功的一個證明就是圍繞它已建立了豐富的社區(qū),。針對 SQLAlchemy 的擴(kuò)展和插件包括:declarative、Migrate,、Elixir,、SQLSoup、django-sqlalchemy,、 DBSprockets,、FormAlchemy 和 z3c.sqlalchemy。在本文中,,我們將學(xué)習(xí)一篇關(guān)于新 0.5 API 的教程,,探究一些第三方庫,以及如何在 Pylons 中使用它們,。

誰是 Mike Bayer,?

Michael Bayer 是居住在紐約的一名軟件承包商,他擁有十余年處理各類關(guān)系數(shù)據(jù)庫的經(jīng)驗(yàn),。他曾使用 C,、Java? 和 Perl 編寫了許多自主研發(fā)的數(shù)據(jù)庫抽象層,并在 Major League Baseball 與大量多服務(wù)器 Oracle 系統(tǒng)打了多年交道,,借助這些經(jīng)驗(yàn),,他成功編寫了 “終極工具包” SQLAlchemy,,用于生成 SQL 和處理數(shù)據(jù)庫。其目標(biāo)是貢獻(xiàn)一個世界級,、獨(dú)樹一幟的面向 Python 的工具包,,以幫助 Python 成為一個廣泛普及的編程平臺。

安裝

本文假定您使用 Python 2.5 或更高版本,,并且安裝了子版本,。Python 2.5 包括 SQLite 數(shù)據(jù)庫,因此也是測試 SQLALchemy 內(nèi)存的好工具,。如果您已經(jīng)安裝了 Python 2.5,,則只需通過設(shè)置工具安裝 sqlalchemy 0.5 beta 。要獲取設(shè)置工具腳本,,請?jiān)谀慕K端中下載并運(yùn)行以下 4 條命令:

  wget http://peak./dist/ez_setup.py
                    python ez_setup.py
                    sudo easy_install http://svn./sqlalchemy/trunk
                    sudo easy_install ipython
                    

前 三行代碼檢查最新版本的 sqlalchemy,,并將它作為包添加到您本地系統(tǒng)的 Python 安裝中。最后一個代碼片段將安裝 IPython,,它是一個實(shí)用的聲明式 Python 解釋器,,我將在本文中使用它。首先,,我需要測試已安裝的 SQLAlchemy 版本,。您可以測試自己的版本是否為 0.5.x,方法是在 IPython 或普通 Python 解釋器中發(fā)起以下命令,。

 In [1]: import sqlalchemy
                    In [2]: sqlalchemy.__version__
                    Out[2]: '0.5.0beta1'
                    

SQLAlchemy 0.5 快速入門指南

新的 0.5 發(fā)行版在 SQLAlchemy 中引入了一些顯著的變更,。此外列出了這些變更的概要信息:

  • 聲明式擴(kuò)展是多數(shù)情況下建議的開始方式。
  • session.query() 可以接受任意組合的 class/column 表達(dá)式,。
  • session.query() 或多或少也是 select() 的支持 ORM 的替代方法,。
  • 查詢提供了一些試驗(yàn)性的 update()/delete() 方法,用于實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn)的更新/刪除,。
  • 會話將在 rollback() 和 commit() 方法后自動過期,;因此使用默認(rèn)的 sessionmaker() 意味著您通常不必調(diào)用 clear() 或 close();對象將自動與當(dāng)前的事務(wù)同步,。
  • 使用 session.add(),、session.add_all()(save/update/save_or_update 已刪除)在會話中添加內(nèi)容。

雖然 declarative 擴(kuò)展從 0.4 開始便一直出現(xiàn)在 SQLAlchemy 中,,但它也經(jīng)過了一些小修改,,這使它在大多數(shù) SQLAlchemy 項(xiàng)目中都成為了一種強(qiáng)有力的便捷方式。新的 declarative 語法允許在一步中創(chuàng)建表,、類和數(shù)據(jù)庫映射,。下面我們來看看這種新語法的工作原理,以我編寫的一個用于跟蹤文件系統(tǒng)變化的工具為例,。


清單 1. 新 SQLAlchemy 聲明樣式
                    #/usr/bin/env python2.5
                    #Noah Gift
                    from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
                    from sqlalchemy import Table, Column, Integer, String, MetaData, ForeignKey
                    Base = declarative_base()
                    class Filesystem(Base):
                    __tablename__ = 'filesystem'
                    path = Column(String, primary_key=True)
                    name = Column(String)
                    def __init__(self, path,name):
                    self.path = path
                    self.name = name
                    def __repr__(self):
                    return "<Metadata('%s','%s')>" % (self.path,self.name)
                    

通 過這種新的聲明樣式,,SQLAlchemy 能夠在一步中創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫表,、創(chuàng)建一個類以及類與表之間的映射。如果您剛開始接觸 SQLAlchemy,,或許應(yīng)該學(xué)習(xí)這種建立 ORM 的方法,。此外,了解另一種更加顯式地控制各步驟的方式也是有益的(如果您的項(xiàng)目要求這種級別的詳細(xì)程度),。

在閱讀這段代碼時,,需要指出一些可能會讓初次接觸 SQLAlchemy 或聲明性擴(kuò)展的用戶犯難的地方。首先,,

Base = declarative_base()

行創(chuàng)建了一個類,,稍后的 Filesystem 類便繼承自該類。如果您保存并在 declarative_style 中運(yùn)行該代碼,,然后將它導(dǎo)入到 IPython 中,,則會看到以下輸出:
In [2]: declarative_style.Filesystem?
                    Type:		DeclarativeMeta
                    Base Class:	<class 'sqlalchemy.ext.declarative.DeclarativeMeta'>
                    String Form:	<class 'declarative_style.Filesystem'>
                    

這個 DeclarativeMeta 類型的魔力就是允許所有操作發(fā)生在一個簡單的類定義中。

另一個需要指出的地方是本示例并未實(shí)際執(zhí)行任何操作,。在運(yùn)行創(chuàng)建表的代碼之前,,將不會創(chuàng)建實(shí)際的表,并且,,您還需要定義 SQLAlchemy 將使用的數(shù)據(jù)庫引擎,。這兩行代碼如下所示:

       engine = create_engine('sqlite:///meta.db', echo=True)
                    Base.metadata.create_all(engine)
                    

SQlite 是試驗(yàn) SQLAlchemy 的理想選擇,并且您還可以選擇使用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫,,在這種情況下,,您的代碼行應(yīng)如下所示:

        engine = create_engine('sqlite:///:memory:', echo=True)
                    

或者,只創(chuàng)建一個簡單的文件,,如第一個例子所示,。如果您選擇創(chuàng)建一個基于 SQLite 文件的數(shù)據(jù)庫,則可以通過拋棄數(shù)據(jù)庫中的所有表從零開始,,而不需要刪除文件。為此,,您可以發(fā)起以下代碼行:

                    Base.metadata.drop_all(engine)
                    

此 時,,我們已經(jīng)了解了創(chuàng)建 SQLAlchemy 項(xiàng)目和通過 SQLAlchemy API 控制數(shù)據(jù)庫所需的知識。在開始實(shí)際應(yīng)用之前,,惟一需要掌握一點(diǎn)是會話的概念,。SQLAlchemy “官方” 文檔將會話描述為數(shù)據(jù)庫的句柄。在實(shí)際應(yīng)用中,,它允許不同的基于事務(wù)的連接發(fā)生在 SQLAlchemy 一直在等待的連接池中,。在會話內(nèi)部,這通常是添加數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中,、執(zhí)行查詢或刪除數(shù)據(jù),。

要創(chuàng)建會話,,請執(zhí)行下面這些后續(xù)步驟:

        #establish Session type, only need to be done once for all sessions
                    Session = sessionmaker(bind=engine)
                    #create record object
                    create_record = Filesystem("/tmp/foo.txt", "foo.txt")
                    #make a unique session
                    session = Session()
                    #do stuff in session.  We are adding a record here
                    session.add(create_record)
                    #commit the transaction
                    session.commit()
                    

這 些就是使 SQLAlchemy 正常運(yùn)行所需的所有工作。雖然 SQLAlchemy 提供了一個非常復(fù)雜的 API 來處理許多復(fù)雜的事情,,但它實(shí)際上非常容易使用,。在本節(jié)結(jié)束時,我還想指出,,上例使用 echo=True 創(chuàng)建引擎,。這是查看由 SQLAlchemy 創(chuàng)建的 SQL 的便捷方法。對于 SQLAlchemy 初學(xué)者,,強(qiáng)烈建議使用該方法,,因?yàn)樗鼤屇X得 SQLAlchemy 不再那么神秘。現(xiàn)在,,運(yùn)行自己創(chuàng)建的一些代碼,,并查看 SQL 創(chuàng)建表的過程。


清單 2. SQLAlchemy SQL 表創(chuàng)建輸出
2008-06-22 05:33:46,403 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..ec PRAGMA
                    table_info("filesystem")
                    2008-06-22 05:33:46,404 INFO sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..ec {}
                    2008-06-22 05:33:46,405 INFO sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..ec
                    CREATE TABLE filesystem (
                    path VARCHAR NOT NULL,
                    name VARCHAR,
                    PRIMARY KEY (path)
                    )
                    

Pylesystem:類似于 Spotlight 或 Beagle 的實(shí)時文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)索引程序

抽 象地討論如何使用某個工具會讓許多人不好理解,,因此,,我將使用 SQLAlchemy 演示如何創(chuàng)建一個元數(shù)據(jù)工具。此工具的目標(biāo)是監(jiān)控文件系統(tǒng),、創(chuàng)建和刪除事件,,以及在一個 SQLAlchemy 數(shù)據(jù)庫中保存這些變更的記錄。如果您曾經(jīng)在 OS X 上使用過 Spotlight,,或在 Linux? 上使用過 Beagle,,那就應(yīng)該使用過一款實(shí)時的文件系統(tǒng)索引工具。要繼續(xù)本文,,您需要運(yùn)行 Linux 內(nèi)核 2.6.13 或更高版本,。

下一個示例比較大,大約有 100 行代碼,。查看整個示例并運(yùn)行它,,然后,我將介紹代碼各部分的作用,。要運(yùn)行此腳本,,您必須在終端中執(zhí)行以下步驟:

  1. wget http://peak./dist/ez_setup.py
  2. sudo python ez_setup.py
  3. sudo easy_install
    "http://git./?p=pyinotify.git;a=snapshot;h=HEAD;sf=tgz"
  4. sudo easy_install http://svn./sqlalchemy/trunk

清單 3. 文件系統(tǒng)事件監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫
#/usr/bin/env python2.5
                    #Noah Gift 06/21/08
                    #tweaks by Mike Bayer 06/22/08
                    import os
                    from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
                    from sqlalchemy import Table, Column, Integer, String, MetaData, ForeignKey
                    from sqlalchemy import create_engine
                    from sqlalchemy.orm import sessionmaker
                    from sqlalchemy.orm import scoped_session
                    from pyinotify import *
                    path = "/tmp"
                    #SQLAlchemy
                    engine = create_engine('sqlite:///meta.db', echo=True)
                    Base = declarative_base()
                    Session = scoped_session(sessionmaker(bind=engine))
                    class Filesystem(Base):
                    __tablename__ = 'filesystem'
                    path = Column(String, primary_key=True)
                    name = Column(String)
                    def __init__(self, path,name):
                    self.path = path
                    self.name = name
                    def __repr__(self):
                    return "<Metadata('%s','%s')>" % (self.path,self.name)
                    def transactional(fn):
                    """add transactional semantics to a method."""
                    def transact(self, *args):
                    session = Session()
                    try:
                    fn(self, session, *args)
                    session.commit()
                    except:
                    session.rollback()
                    raise
                    transact.__name__ = fn.__name__
                    return transact
                    class ProcessDir(ProcessEvent):
                    """Performs Actions based on mask values"""
                    @transactional
                    def process_IN_CREATE(self, session, event):
                    print "Creating File and File Record:", event.pathname
                    create_record = Filesystem(event.pathname, event.path)
                    session.add(create_record)
                    @transactional
                    def process_IN_DELETE(self, session, event):
                    print "Removing:", event.pathname
                    delete_record = session.query(Filesystem).                    filter_by(path=event.pathname).one()
                    session.delete(delete_record)
                    def init_repository():
                    #Drop the table, then create again with each run
                    Base.metadata.drop_all(engine)
                    Base.metadata.create_all(engine)
                    session = Session()
                    #Initial Directory Walking Addition Brute Force
                    for dirpath, dirnames, filenames in os.walk(path):
                    for file in filenames:
                    fullpath = os.path.join(dirpath, file)
                    record = Filesystem(fullpath, file)
                    session.add(record)
                    session.flush()
                    for record in session.query(Filesystem):
                    print "Database Record Number: Path: %s , File: %s "                     % (record.path, record.name)
                    session.commit()
                    if __name__ ==  "__main__":
                    init_repository()
                    #Pyionotify
                    wm = WatchManager()
                    mask = IN_DELETE | IN_CREATE
                    notifier = ThreadedNotifier(wm, ProcessDir())
                    notifier.start()
                    wdd = wm.add_watch(path, mask, rec=True)
                    

要查看此腳本的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果,您需要打開兩個終端窗口,。在第一個窗口中,,運(yùn)行 pylesystem.py 腳本。您將看到一系列輸出內(nèi)容,,如下所示(請注意,,以下版本經(jīng)過適當(dāng)縮減):

2008-06-22 07:18:08,707 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..ec ['/tmp/ba.txt', 'ba.txt']
                    2008-06-22 07:18:08,710 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..ec COMMIT
                    2008-06-22 07:18:08,715 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..ec BEGIN
                    2008-06-22 07:18:08,716 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..ec SELECT filesystem.path
                    AS filesystem_path, filesystem.name AS filesystem_name
                    FROM filesystem
                    2008-06-22 07:18:08,716 INFO sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..ec []
                    Database Record Number: Path: /tmp/ba.txt , File: ba.txt
                    

第一個腳本運(yùn)行一個多線程文件系統(tǒng)事件監(jiān)控引擎,它將 /tmp 的所有創(chuàng)建和刪除變更寫入到 sqlalchemy 數(shù)據(jù)庫中,。注意:由于它是多線程的,,當(dāng)您 完成此教程時,,需要鍵入 Control + \ 來停止線程應(yīng)用程序。

成功運(yùn)行之后,,您可以在第二個終端窗口中創(chuàng)建事件,,新創(chuàng)建或刪除的文件將實(shí)時添加到數(shù)據(jù)庫中或從數(shù)據(jù)庫中刪除。如果您只創(chuàng)建了 /tmp 目錄中的某個文件,,比如說 touch foobar.txt,,則會在第一個窗口中看到以下輸出:

Creating File and File Record: /tmp/foobar.txt
                    2008-06-22 08:02:19,468 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..4c BEGIN
                    2008-06-22 08:02:19,471 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..4c INSERT INTO filesystem (path, name) VALUES (?, ?)
                    2008-06-22 08:02:19,472 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..4c ['/tmp/foobar.txt', '/tmp']
                    2008-06-22 08:02:19,473 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..4c COMMIT
                    

記得您之前啟用了 SQL echo 嗎?鑒于此,,當(dāng)代碼將此新條目添加到文件系統(tǒng)中時,,您可以看到 SQL 語句。如果您現(xiàn)在刪除該文件,,您也可以看到刪除的過程,。下面是您鍵入 rm 語句 rm foobar.txt 時的輸出:

Removing: /tmp/foobar.txt
                    2008-06-22 08:06:01,727 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..4c BEGIN
                    2008-06-22 08:06:01,733 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..4c SELECT filesystem.path
                    AS filesystem_path, filesystem.name AS filesystem_name
                    FROM filesystem
                    WHERE filesystem.path = ?
                    LIMIT 2 OFFSET 0
                    2008-06-22 08:06:01,733 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..4c ['/tmp/foobar.txt']
                    2008-06-22 08:06:01,736 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..4c DELETE FROM filesystem WHERE filesystem.path = ?
                    2008-06-22 08:06:01,736 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..4c [u'/tmp/foobar.txt']
                    2008-06-22 08:06:01,737 INFO
                    sqlalchemy.engine.base.Engine.0x..4c COMMIT
                    

在 Filesystem 類中,您添加了一個 transactional 方法,,您將使用一個修飾類來處理將文件系統(tǒng)事件提交給數(shù)據(jù)庫的語義,。Pyinotify 中的實(shí)際 Filesystem I/O 監(jiān)控由 ProcessDir 類完成,該類繼承自 ProcessEvents 并覆蓋了其中的方法,。如果您注意了 process_IN_CREATE 和 process_IN_DELETE 方法,,會發(fā)現(xiàn)它們都附加了一個 transactional 修飾類。隨后,,它們將接受創(chuàng)建或刪除事件并對數(shù)據(jù)庫執(zhí)行修改,。

還有一個名稱為 initial_repository 的方法,每次運(yùn)行腳本時它都會填充數(shù)據(jù)庫,,實(shí)現(xiàn)方法是銷毀數(shù)據(jù)庫中的表并重新創(chuàng)建,。腳本的最底部將通知 Pyinotify 代碼以不確定的方式運(yùn)行,而這最終表示作為守護(hù)進(jìn)程運(yùn)行,。

結(jié)束語

本文介紹了 SQLAlchemy 的一些特性,,并演示了它和 API 的使用是多么簡單。借助 SQLAlchemy 和開源庫 Pyinotify,,您還使用不到 100 行 Python 代碼構(gòu)建了一個 功能異常強(qiáng)大的工具,。這是簡單但功能強(qiáng)大的 ORM 的特性之一。它消除了復(fù)雜的關(guān)系數(shù)據(jù)庫處理操作,,現(xiàn)在它為用戶添加了快樂而不是負(fù)擔(dān)。隨后,,這些省下來的精力可以用于解決感興趣的問題,,因?yàn)?SQLAlchemy 將是最簡單的環(huán)節(jié)。

如果您有興趣了解更多關(guān)于 SQLAlchemy 的信息,,則應(yīng)該閱讀本文末尾列出的 參考資料,。 其中包括一本出色的書籍和大量優(yōu)秀的在線文檔,,您可以考慮研究其他一些使用 SQLAlchemy 的項(xiàng)目并擴(kuò)展它們。最近一個較有興趣的 SQLAlchemy 相關(guān)項(xiàng)目就是 Website reddit.com,。它使用純 WSGI 框架 Pylons 構(gòu)建,,并整合了 SQLAlchemy 作為其默認(rèn) ORM。我附帶了到 reddit 完整源代碼的鏈接,。借助新掌握的 SQLAlchemy 知識,,您應(yīng)該能夠快速實(shí)現(xiàn)自己的 reddit,并且應(yīng)該能執(zhí)行一些數(shù)據(jù)庫查詢操作,。祝您好運(yùn),!

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