数据模型

前面我们介绍过Django是大而全的框架，它甚至内置了一个强大的ORM功能。Django ORM（对象关系映射）是Django框架提供的用于与数据库交互的工具，它允许开发者使用Python代码定义数据模型并直接创建、读取、更新和删除数据库中的记录，而无需直接编写具体的SQL语句。

数据库配置

Django支持许多关系型数据库，包括SQLite3、MySQL、PostgreSQL、Oracle等，对于轻量级的个人项目推荐使用SQLite3，对于有一定性能要求的项目推荐使用MySQL或PostgreSQL，下面我们简单了解下如何配置Sqlite3和MySQL数据库作为Django的数据源。

SQLite3数据库配置

对于没有性能要求的小型应用，如个人博客系统等，使用单文件存储的嵌入式数据库SQLite3是很好的选择。

settings.py

DATABASES = {
    'default': {
        'ENGINE': 'django.db.backends.sqlite3',
        'NAME': os.path.join(BASE_DIR, 'db.sqlite3'),
    }
}

• ENGINE：要使用的持久层后端，这里指定为SQLite3
• NAME：SQLite3对应的数据库文件位置，如果不存在会自动创建

MySQL数据库配置

Django如果使用MySQL需要额外安装mysqlclient这个库作为其后端（backend）。

pip install mysqlclient

实际上，Python连接MySQL数据库的后端有好几种，Django支持作为后端的也不止一种，但目前版本最新的Python3只支持mysqlclient。配置文件如下，注意这里我们要预先手动在MySQL中创建好数据库（Schema）。

settings.py

DATABASES = {
    'default': {
        'ENGINE': 'django.db.backends.mysql',
        'NAME': '数据库名',
        'USER': '用户名',
        'PASSWORD': '密码',
        'HOST': 'localhost',
        'PORT': '3306',
        'OPTIONS': {
            'autocommit': True
        }
    }
}

注意：Django的ORM自动建表后，默认使用的文本编码就是取的MySQL数据库默认编码，为了方便，创建新数据库时我们可以统一将数据库的字符编码设定为utf8mb4，否则默认为latin1，插入中文字段会报错。

数据模型和关联关系定义

下面例子中我们编写了4个数据模型，分别是ClassRoom（教室）、Student（学生）、Desk（课桌）、Teacher（教师），其中教室和学生是一对多关系，学生和课桌是一对一关系，学生和教师的多对多关系。

models.py

from django.db import models


class ClassRoom(models.Model):
    class Meta:
        verbose_name = '教室'
        verbose_name_plural = '教室'

    room_code = models.CharField(max_length=10, verbose_name='教室号')


class Student(models.Model):
    class Meta:
        verbose_name = '学生'
        verbose_name_plural = '学生'

    stu_code = models.CharField(max_length=10, unique=True, verbose_name='学号')
    name = models.CharField(max_length=20, verbose_name='学生姓名')
    age = models.IntegerField(default=-1, verbose_name='年龄')
    class_room = models.ForeignKey(ClassRoom, null=True, on_delete=models.DO_NOTHING, verbose_name='所在教室')


class Desk(models.Model):
    class Meta:
        verbose_name = '课桌'
        verbose_name_plural = '课桌'

    desk_code = models.CharField(max_length=10, db_index=True, verbose_name='桌号')
    student = models.OneToOneField(Student, null=True, on_delete=models.DO_NOTHING, verbose_name='归属学生')


class Teacher(models.Model):
    class Meta:
        verbose_name = '教师'
        verbose_name_plural = '教师'

    name = models.CharField(max_length=20, default='匿名', verbose_name='教师姓名')
    subject = models.CharField(max_length=20, verbose_name='教授科目')
    students = models.ManyToManyField(Student, verbose_name='关联学生')

Django ORM的开发流程是Model First，即先定义数据模型，再根据数据模型自动创建数据迁移脚本，数据迁移脚本负责具体执行DDL语句操作数据库，这里我们可以使用python manage.py makemigrations demo01 && python manage.py migrate创建数据迁移脚本并执行，将数据表创建到数据库。有关数据迁移的说明将在后文介绍。

如下图所示是数据模型对应生成数据表的ER图，这里我们的APP名为demo01，数据表名默认是APP名_数据模型名（小写）。

持久化类要继承models.Model类，类属性可以是model.CharField、models.IntegerField、models.DateTimeField等，对应文本数据、整型数据、日期等数据类型，类属性名约定为数据库字段名。对于每个属性，我们还可以指定一些约束，如max_length等，用于辅助生成数据表时指定长度；verbose_name也是一个常用的属性，它其实原本用于在django-admin扩展中显示字段说明，我们主要将其当作字段的注释使用，防止我们忘记某个字段是什么意思。

每个数据模型类中还有一个Meta子类，它用于定义数据模型的一些辅助元信息，这里我们设置了verbose_name字段，它和字段的verbose_name一样也是用于django-admin中显示数据模型名的，我们其实主要将其当作注释使用，没有特别的用途；至于verbose_name_plural它是verbose_name的复数表示，默认值是verbose_name加字母s，这种写法仅适用于英文，因此我们手动指定verbose_name_plural使其符合中文的习惯。

Django ORM字段

有关具体有哪些类型的字段，可以参考下表。

除了常见的数据字段，上表中还有FileField、ImageField等用于存储文件和图片的字段，不过注意它们并不是存储实际文件的二进制数据，而是存储文件在磁盘上的路径，在数据库中存储二进制数据一般都被认为不是个好主意，这些字段的使用涉及用Django实现文件上传，将在后续章节介绍。

模型关联关系

模型类中，除了具体的数据字段，我们还使用models.OneToOneField、models.ForeignKey和models.ManyToManyField定义了各种关联关系。其中models.OneToOneField和models.ForeignKey会在数据库中定义外键关联，models.ForeignKey属性需要放在一对多中“多”的一方，例如教室和学生有一对多的关联关系，关联属性定义在学生数据模型中，外键字段也会在学生表中建立；对于models.ManyToManyField，根据我们对数据库的了解，我们知道多对多关系需要使用中间表实现，因此多对多的models.ManyToManyField可以定义在任意一方，只要方便我们的业务逻辑实现即可；至于models.OneToOneField它可以理解为一种有限制的一对多关系，一对一外键也可以放在双方的任意一方。

定义一对一和一对多关联关系时，on_delete指定外键触发逻辑（即“一”的一方删除时对于“多”的一方的处理逻辑），以学生-教室关系为例，如果定义on_delete=models.CASCADE，那么教室删除时将触发外键删除，所有该教室下的学生也将被删除；如果定义on_delete=models.DO_NOTHING则学生不会被删除，外键字段会保持不变。

指定字段长度

前面我们已经使用过max_length属性了，具体来说，底层使用VARCHAR类型存储的字段，其长度将被设置为max_length属性值。对于这类字段，max_length通常是必须指定的。

name = models.CharField(max_length=20, verbose_name='教师姓名')

可空字段

Django中字段默认是不可为空的，即数据库表中不允许设置为NULL值。如果希望允许设置NULL值，可指定null=True，此外对于底层采用字符串的数据字段，指定blank=True表示允许存入空字符串。

name = models.CharField(max_length=20, verbose_name='教师姓名', null=True, blank=True)

字段默认值

default属性可以设置字段的默认值，即插入数据未指定时设置的默认值。

name = models.CharField(max_length=20, default='匿名', verbose_name='教师姓名')

唯一性约束

指定unique=True可以为字段添加唯一性索引。下面例子中，显然学号就很适合设置为唯一字段。

stu_code = models.CharField(max_length=10, unique=True, verbose_name='学号')

添加索引

指定db_index=True可以为字段添加索引，MySQL中默认会添加BTREE索引。

desk_code = models.CharField(max_length=10, db_index=True, verbose_name='桌号')

注意：如果字段唯一，我们应该添加UNIQUE索引，而不是BTREE索引，前者通常有更好的查找性能。

choices约束

Django支持choices约束，它是在代码层面实现的而非底层数据库，choices约束类似枚举类型，限制字段只能指定某些值之一。下面例子中，我们限制卡券类型字段的值必须取自coupon_type_choices，即仅能取1或2。

coupon_type_choices = (
    (1, '无限制卡券'),
    (2, '一次性卡券'),
)


class Coupon(models.Model):
    class Meta:
        verbose_name = '卡券'
        verbose_name_plural = '卡券'

    type = models.IntegerField(choices=coupon_type_choices, verbose_name='卡券类型')
    coupon_code = models.CharField(max_length=255, verbose_name='卡券码')

创建和执行数据迁移

前面我们创建并执行过数据迁移脚本，在Django中，它实际上是两个步骤。这里我们的APP名为demo01，执行下面的命令将创建该APP模块的数据迁移。

python manage.py makemigrations demo01

由于我们在INSTALLED_APPS里配置了很多模块，包括内置模块和我们自己编写的模块，这些模块需要很多数据库表的支持，这条指令会创建对应demo01模块需要的数据库迁移操作语句。命令执行后，我们可以看到demo01目录下生成了一个migrations代码包，其中包含了具体操作数据库的数据迁移脚本，数据迁移脚本在99%的情况下都是自动生成的，我们几乎不需要手动修改它，这也意味着我们其实并不需要直接操作数据库，数据库是由Django自动管理的，我们甚至可以完全不关心底层数据库，这种开发模式被称为Model First。

补充知识：与Model First相对的是Table First，即先在数据库建表，然后再手动或使用某种自动化工具生成代码中的数据模型类，Django确实支持这种开发模式，manage.py管理命令工具中提供了从数据表逆向生成数据模型的方法，我们可以执行python manage.py inspectdb > models.py实现这一过程，不过这种开发模式在规模庞大的企业级项目中才比较常见（尤其是Java领域，这里所谓的“规模庞大”是指代码规模、开发人员、支撑团队的“大”，以及研发和运维都有严格的企业级流程和标准），使用Django的小项目还是推荐Model First开发模式。这里我们了解即可，有关两种开发模式的对比这里不做过多讨论。

前面我们创建了数据迁移脚本，使用下面的命令可以查看APP模块中第0001次数据迁移的具体SQL操作。

python manage.py sqlmigrate demo01 0001

最后，我们执行下面命令，真正的将所有SQL操作写入数据库。

python manage.py migrate