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Python的Django框架中的select_related函數對QuerySet 查詢的優化

2019-11-25 17:52:25
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來源:轉載
供稿:網友

1. 實例的背景說明

假定一個個人信息系統,需要記錄系統中各個人的故鄉、居住地、以及到過的城市。數據庫設計如下:

201541150650059.jpg (591×250)

Models.py 內容如下:

from django.db import models class Province(models.Model):  name = models.CharField(max_length=10)  def __unicode__(self):    return self.name class City(models.Model):  name = models.CharField(max_length=5)  province = models.ForeignKey(Province)  def __unicode__(self):    return self.name class Person(models.Model):  firstname = models.CharField(max_length=10)  lastname  = models.CharField(max_length=10)  visitation = models.ManyToManyField(City, related_name = "visitor")  hometown  = models.ForeignKey(City, related_name = "birth")  living   = models.ForeignKey(City, related_name = "citizen")  def __unicode__(self):    return self.firstname + self.lastname

注1:創建的app名為“QSOptimize”

注2:為了簡化起見,`qsoptimize_province` 表中只有2條數據:湖北省和廣東省,`qsoptimize_city`表中只有三條數據:武漢市、十堰市和廣州市
2. select_related()

對于一對一字段(OneToOneField)和外鍵字段(ForeignKey),可以使用select_related 來對QuerySet進行優化
作用和方法

在對QuerySet使用select_related()函數后,Django會獲取相應外鍵對應的對象,從而在之后需要的時候不必再查詢數據庫了。以上例說明,如果我們需要打印數據庫中的所有市及其所屬省份,最直接的做法是:
 

>>> citys = City.objects.all()>>> for c in citys:...  print c.province...

這樣會導致線性的SQL查詢,如果對象數量n太多,每個對象中有k個外鍵字段的話,就會導致n*k+1次SQL查詢。在本例中,因為有3個city對象就導致了4次SQL查詢:
 

SELECT `QSOptimize_city`.`id`, `QSOptimize_city`.`name`, `QSOptimize_city`.`province_id`FROM `QSOptimize_city` SELECT `QSOptimize_province`.`id`, `QSOptimize_province`.`name`FROM `QSOptimize_province`WHERE `QSOptimize_province`.`id` = 1 ; SELECT `QSOptimize_province`.`id`, `QSOptimize_province`.`name`FROM `QSOptimize_province`WHERE `QSOptimize_province`.`id` = 2 ; SELECT `QSOptimize_province`.`id`, `QSOptimize_province`.`name`FROM `QSOptimize_province`WHERE `QSOptimize_province`.`id` = 1 ;

注:這里的SQL語句是直接從Django的logger:‘django.db.backends'輸出出來的

如果我們使用select_related()函數:
 

>>> citys = City.objects.select_related().all()>>> for c in citys:...  print c.province...

就只有一次SQL查詢,顯然大大減少了SQL查詢的次數:
 

SELECT `QSOptimize_city`.`id`, `QSOptimize_city`.`name`,`QSOptimize_city`.`province_id`, `QSOptimize_province`.`id`, `QSOptimize_province`.`name`FROM`QSOptimize_city`INNER JOIN `QSOptimize_province` ON (`QSOptimize_city`.`province_id` = `QSOptimize_province`.`id`) ;

這里我們可以看到,Django使用了INNER JOIN來獲得省份的信息。順便一提這條SQL查詢得到的結果如下:
 

+----+-----------+-------------+----+-----------+| id | name   | province_id | id | name   |+----+-----------+-------------+----+-----------+| 1 | 武漢市  |      1 | 1 | 湖北省  || 2 | 廣州市  |      2 | 2 | 廣東省  || 3 | 十堰市  |      1 | 1 | 湖北省  |+----+-----------+-------------+----+-----------+3 rows in set (0.00 sec)

 
使用方法
函數支持如下三種用法:
*fields 參數

select_related() 接受可變長參數,每個參數是需要獲取的外鍵(父表的內容)的字段名,以及外鍵的外鍵的字段名、外鍵的外鍵的外鍵…。若要選擇外鍵的外鍵需要使用兩個下劃線“__”來連接。

例如我們要獲得張三的現居省份,可以用如下方式:
 

>>> zhangs = Person.objects.select_related('living__province').get(firstname=u"張",lastname=u"三")>>> zhangs.living.province

觸發的SQL查詢如下:
 

SELECT `QSOptimize_person`.`id`, `QSOptimize_person`.`firstname`,`QSOptimize_person`.`lastname`, `QSOptimize_person`.`hometown_id`, `QSOptimize_person`.`living_id`,`QSOptimize_city`.`id`, `QSOptimize_city`.`name`, `QSOptimize_city`.`province_id`, `QSOptimize_province`.`id`,`QSOptimize_province`.`name`FROM `QSOptimize_person`INNER JOIN `QSOptimize_city` ON (`QSOptimize_person`.`living_id` = `QSOptimize_city`.`id`)INNER JOIN `QSOptimize_province` ON (`QSOptimize_city`.`province_id` = `QSOptimize_province`.`id`)WHERE (`QSOptimize_person`.`lastname` = '三' AND `QSOptimize_person`.`firstname` = '張' );

可以看到,Django使用了2次 INNER JOIN 來完成請求,獲得了city表和province表的內容并添加到結果表的相應列,這樣在調用 zhangs.living的時候也不必再次進行SQL查詢。
 

+----+-----------+----------+-------------+-----------+----+-----------+-------------+----+-----------+| id | firstname | lastname | hometown_id | living_id | id | name   | province_id | id | name   |+----+-----------+----------+-------------+-----------+----+-----------+-------------+----+-----------+| 1 | 張    | 三    |      3 |     1 | 1 | 武漢市  |  1     | 1 | 湖北省  |+----+-----------+----------+-------------+-----------+----+-----------+-------------+----+-----------+1 row in set (0.00 sec)

然而,未指定的外鍵則不會被添加到結果中。這時候如果需要獲取張三的故鄉就會進行SQL查詢了:
 

>>> zhangs.hometown.province SELECT `QSOptimize_city`.`id`, `QSOptimize_city`.`name`,`QSOptimize_city`.`province_id`FROM `QSOptimize_city`WHERE `QSOptimize_city`.`id` = 3 ; SELECT `QSOptimize_province`.`id`, `QSOptimize_province`.`name`FROM `QSOptimize_province`WHERE `QSOptimize_province`.`id` = 1

同時,如果不指定外鍵,就會進行兩次查詢。如果深度更深,查詢的次數更多。

值得一提的是,從Django 1.7開始,select_related()函數的作用方式改變了。在本例中,如果要同時獲得張三的故鄉和現居地的省份,在1.7以前你只能這樣做:
 

>>> zhangs = Person.objects.select_related('hometown__province','living__province').get(firstname=u"張",lastname=u"三")>>> zhangs.hometown.province>>> zhangs.living.province

但是1.7及以上版本,你可以像和queryset的其他函數一樣進行鏈式操作:
 

>>> zhangs = Person.objects.select_related('hometown__province').select_related('living__province').get(firstname=u"張",lastname=u"三")>>> zhangs.hometown.province>>> zhangs.living.province

如果你在1.7以下版本這樣做了,你只會獲得最后一個操作的結果,在本例中就是只有現居地而沒有故鄉。在你打印故鄉省份的時候就會造成兩次SQL查詢。
depth 參數

select_related() 接受depth參數,depth參數可以確定select_related的深度。Django會遞歸遍歷指定深度內的所有的OneToOneField和ForeignKey。以本例說明:
 

>>> zhangs = Person.objects.select_related(depth = d)

d=1  相當于 select_related(‘hometown','living')

d=2  相當于 select_related(‘hometown__province','living__province')
無參數

select_related() 也可以不加參數,這樣表示要求Django盡可能深的select_related。例如:zhangs = Person.objects.select_related().get(firstname=u”張”,lastname=u”三”)。但要注意兩點:

    Django本身內置一個上限,對于特別復雜的表關系,Django可能在你不知道的某處跳出遞歸,從而與你想的做法不一樣。具體限制是怎么工作的我表示不清楚。
    Django并不知道你實際要用的字段有哪些,所以會把所有的字段都抓進來,從而會造成不必要的浪費而影響性能。

 
小結

  1.     select_related主要針一對一和多對一關系進行優化。
  2.     select_related使用SQL的JOIN語句進行優化,通過減少SQL查詢的次數來進行優化、提高性能。
  3.     可以通過可變長參數指定需要select_related的字段名。也可以通過使用雙下劃線“__”連接字段名來實現指定的遞歸查詢。沒有指定的字段不會緩存,沒有指定的深度不會緩存,如果要訪問的話Django會再次進行SQL查詢。
  4.     也可以通過depth參數指定遞歸的深度,Django會自動緩存指定深度內所有的字段。如果要訪問指定深度外的字段,Django會再次進行SQL查詢。
  5.     也接受無參數的調用,Django會盡可能深的遞歸查詢所有的字段。但注意有Django遞歸的限制和性能的浪費。
  6.     Django >= 1.7,鏈式調用的select_related相當于使用可變長參數。Django < 1.7,鏈式調用會導致前邊的select_related失效,只保留最后一個。


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