ORM框架是什么

如果是沒有做過后端的小伙伴上來估計會有點蒙，這個ORM框架究竟是什么?ORM框架是后端工程師常用的一個框架，它的英文全稱是ObjectRelationalMapping，即對象-關(guān)系映射框架。顧名思義就是把關(guān)系轉(zhuǎn)化成對象的框架，關(guān)系這個詞我們在哪里用的最多呢?

顯然應(yīng)該是數(shù)據(jù)庫。之前我們在分布式的文章介紹關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的時候就著重介紹過關(guān)系的含義。我們常用的MySQL就是經(jīng)典的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，它存儲的形式是表，但是表承載的數(shù)據(jù)其實是兩個實體之間的"關(guān)系"。比如學(xué)生上課這個場景，學(xué)生和課程是兩個主體(entity)，我們要記錄的是這兩個主體之間的關(guān)系，也就是學(xué)生上課這件事。

而ORM框架做的事情是將這些關(guān)系映射成類，這樣我們可以將這張表當(dāng)中增刪改查的功能抽象成類當(dāng)中的方法。這樣我們就可以通過調(diào)用類的方式來操作數(shù)據(jù)庫了，從而達(dá)到高度抽象業(yè)務(wù)邏輯、降低用戶使用難度的目的。

比如Java后端工程師常用的hibernate和ibatis都是用來做這件事情的，明確了框架的功能之后，我們先來設(shè)想一下最后的成果。假設(shè)我們現(xiàn)在開發(fā)出來了這么一套框架，那么它用起來的感覺應(yīng)該是怎樣的?

我們來看下一個例子：

classUser(Model):

#定義類的屬性到列的映射：

id=IntegerField('id')

name=StringField('username')

email=StringField('email')

password=StringField('password')

User類代表了數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的一張表，它有4個字段：id,name,email和password，我們在定義字段的同時也通過類別指定了它們的類型。這個應(yīng)該不難理解，上面的這個類等價于我們在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中執(zhí)行了這么一段建表的SQL：

createtableifnotexistsuser(

idint,

namestring,

emailstring,

passwordstring

)

我們定義了表字段之后，接下來要做的就是根據(jù)字段創(chuàng)建數(shù)據(jù)了，其實也就是根據(jù)類創(chuàng)建實例。我們希望User類型的實例就對應(yīng)User表當(dāng)中的一條記錄，并且我們可以通過調(diào)用實例當(dāng)中的方法，來操作這張表進(jìn)行增刪改查。

#創(chuàng)建一個實例：

u=User(id=12345,name='Michael',email='test@orm.org',password='my-pwd')

#保存到數(shù)據(jù)庫：

u.save()

那么，我們怎樣可以實現(xiàn)這樣的功能呢?

功能實現(xiàn)

我們先從簡單的功能開始實現(xiàn)，首先是Field類，F(xiàn)ield類表示數(shù)據(jù)庫表當(dāng)中一個字段的類型。這里的邏輯很容易理清楚，我們需要定義多種類型，比如IntegerField和StringField。我們可以對這些field類抽象出一個父類來：

classField(object):

def__init__(self,name,column_type):

self.name=name

self.column_type=column_type

def__str__(self):

return'<{}:{}>'.format(self.__class__.__name__,self.name)

__str__方法當(dāng)中打印出來的兩個字段，分別是類別的名稱和字段的名稱，這段代碼應(yīng)該不難理解。

接著，我們實現(xiàn)它的兩個子類，分別是IntegerField和StringField：

classStringField(Field):

def__init__(self,name):

super(StringField,self).__init__(name,'varchar(100)')

classIntegerField(Field):

def__init__(self,name):

super(IntegerField,self).__init__(name,'bigint')

這里也不難理解，只是一個簡單的繼承應(yīng)用而已。

接下來就到了最關(guān)鍵的部分，也就是Model類的實現(xiàn)。我們先來分析一下我們希望Model這個類擁有的功能，由于它是我們定義出來的每一張表的父類，所以它應(yīng)該能夠獲取子類當(dāng)中的字段，并且將它存放在一個容器當(dāng)中。由于我們需要存儲的是字段名和類型的映射，所以將它存儲在dict當(dāng)中比較合理。

另外一個功能是我們希望它能夠提供增刪改查的接口，能夠根據(jù)子類當(dāng)中定義的字段自動生成相應(yīng)的SQL語句去調(diào)用數(shù)據(jù)庫。這個也是ORM框架的意義所在。

第二個功能容易實現(xiàn)，只要第一個功能搞定了，做一下字符串處理即可。但是第一個功能有些麻煩，它也是元類的意義所在。因為父類當(dāng)中的方法是無法獲取子類中定義的類屬性的，只能通過元類，在構(gòu)建類的時候可以拿到屬性的信息。

所以我們已經(jīng)很明確了，我們實現(xiàn)元類的目的就是為了實現(xiàn)這個功能。理清楚了之后，再來寫代碼就不難了。我們先來實現(xiàn)這個元類：

classModelMetaclass(type):

def__new__(cls,name,bases,attrs):

#創(chuàng)建model類的時候不做任何處理

ifname=='Model':

returntype.__new__(cls,name,bases,attrs)

#打印表名的信息

print('Foundmodel:%s'%name)

#mappings用來存儲字段的信息

mappings=dict()

fork,vinattrs.items():

#判斷v的類型，只有是Field的子類才會存儲起來

ifisinstance(v,Field):

print('Foundmapping:%s==>%s'%(k,v))

mappings[k]=v

#將mappings當(dāng)中的數(shù)據(jù)從類屬性當(dāng)中移除，防止關(guān)鍵字沖突

forkinmappings.keys():

attrs.pop(k)

attrs['__mappings__']=mappings#保存屬性和列的映射關(guān)系

attrs['__table__']=name#假設(shè)表名和類名一致

returntype.__new__(cls,name,bases,attrs)

如果你看過之前的文章，對元類已經(jīng)很熟悉了，那么這段代碼對你來說應(yīng)該不難理解。元類搞定了，剩下的Model就更簡單了。按照規(guī)范，我們需要實現(xiàn)增刪改查四個函數(shù)，但是這里我們只是為了展示，所以就只實現(xiàn)其中一個作為例子，其他幾個都可以如法炮制。

classModel(dict,metaclass=ModelMetaclass):

def__init__(self,**kw):

#由于Model的基類是dict，所以創(chuàng)造Model的字段會被解析成dict的構(gòu)造參數(shù)

#也就是說字段名和字段值的映射會存儲在dict當(dāng)中

super(Model,self).__init__(**kw)

def__getattr__(self,key):

try:

returnself[key]

exceptKeyError:

raiseAttributeError(r"'Model'objecthasnoattribute'%s'"%key)

def__setattr__(self,key,value):

self[key]=value

defsave(self):

fields=[]

params=[]

args=[]

fork,vinself.__mappings__.items():

#fields存儲字段名

fields.append(v.name)

#params填充問號

params.append('?')

#獲取字段的值

args.append(getattr(self,k,None))

sql='insertinto%s(%s)values(%s)'%(self.__table__,','.join(fields),','.join(params))

print('SQL:%s'%sql)

print('ARGS:%s'%str(args))

Model當(dāng)中的save方法不難看懂，但是前面的幾個方法看起來有些多余。但實際上它們也很重要，這里有一個關(guān)鍵信息是Model類的父類是dict，我們在構(gòu)建Model的時候傳入的參數(shù)會被用來初始化一個dict。所以我們創(chuàng)建數(shù)據(jù)實例的時候數(shù)據(jù)的名稱和數(shù)據(jù)值的映射會被存儲在dict當(dāng)中，所以我們在save方法當(dāng)中才會從self的attr當(dāng)中獲取字段的值。并且我們在初始化User的時候，也必須要填寫每個字段的名稱，原因就在這里。

最后我們來運行一下：

從結(jié)果上來看，我們輸出了User這個類的插入SQL以及它的字段的值。只需要鏈接一下數(shù)據(jù)庫，我們的這個ORM框架就可以真正投入使用了。

總結(jié)

在整個ORM框架實現(xiàn)的過程當(dāng)中，最重要的是我們對Model這個類創(chuàng)建了元類，但是真正應(yīng)用的地方卻是在Model的子類。實際上在實際創(chuàng)建User類的時候，解釋器會先搜索User內(nèi)部是否定義了元類，如果沒有，會上一層去往User的父類也就是Model類搜索元類，如果找到了元類，就會使用元類來創(chuàng)建User。相當(dāng)于元類被隱形地繼承了下來，但是我們在使用子類的時候卻感知不到。

對于框架的使用者來說，也的確不需要了解框架內(nèi)部的實現(xiàn)機(jī)制，只需要明白使用方法，照著使用就行了。雖然元類的實現(xiàn)和理解很復(fù)雜，但是使用起來卻很簡單，這也是它的一個顯著特點。

以上內(nèi)容為大家介紹了Python元類之通過元類實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫ORM框架，希望對大家有所幫助，如果想要了解更多Python相關(guān)知識，請關(guān)注IT培訓(xùn)機(jī)構(gòu):千鋒教育。