摘要：數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)保存在表中來模擬應(yīng)用程序中不同的實(shí)體。這些行之間的連接稱作關(guān)系，也是關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型的基礎(chǔ)。就像這個示例中看到的那樣，關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)高效且避免重復(fù)。最好的例子就是，支持一組關(guān)系數(shù)據(jù)庫引擎，包括流行的和。

數(shù)據(jù)庫就是有組織的存儲應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，然后查詢檢索指定需要的那部分。大部分web應(yīng)用程序都采用基于關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫，也稱作結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）數(shù)據(jù)庫。但是最近幾年面向文檔數(shù)據(jù)庫和鍵值數(shù)據(jù)庫（通常稱作NoSQL數(shù)據(jù)庫），成為非常流行的替代者。個人推薦《七周七數(shù)據(jù)庫》這本書，它對各種類型的數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用場景和多種不同類型數(shù)據(jù)庫配合使用有比較好的講解。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)保存在表中來模擬應(yīng)用程序中不同的實(shí)體。例如，一個訂單管理應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫可能會有customers、products和orders表。

一個表有一個固定數(shù)量的列和一個可變的行數(shù)。列定義了數(shù)據(jù)表所代表的實(shí)體的屬性。例如，customers表會有name、address、phone等列。表中的每一行定義了由所有列的值組成的實(shí)際數(shù)據(jù)元素。

表有種特殊列稱作主鍵，它持有一個惟一的標(biāo)識符為表中存儲的每一行。表也可以有外鍵，用于引用其他表的主鍵。這些行之間的連接稱作關(guān)系，也是關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型的基礎(chǔ)。

圖像5-1展示了存儲users和roles表的簡單數(shù)據(jù)庫圖。連接兩個表的線代表兩個表之間的關(guān)系。

圖像5-1. 關(guān)系數(shù)據(jù)庫示例

在這個數(shù)據(jù)庫表中，roles表存儲了一組所有可能的用戶角色，每一個都被定義為唯一id值——也是表的主鍵。users表包含一組用戶，同樣每一個都有唯一id值。除了主鍵id，roles表還有name列，而users表還有username和password列。在users表中的role_id列是一個引用role表中id列的外鍵，以這種方式確立分配給每個用戶的角色。

就像這個示例中看到的那樣，關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)高效且避免重復(fù)。重命名用戶角色在這個數(shù)據(jù)庫中會變得異常簡單，因?yàn)榻巧４嬖诙鄮У牡胤?。?dāng)roles表中的角色名發(fā)生改變，所有用戶持有的role_id引用的角色會立即看到這些變化。

而另一方面，將數(shù)據(jù)拆分到多個表中則會變得更加復(fù)雜。生成一組用戶及其角色會產(chǎn)生一個小問題，因?yàn)橛脩艉陀脩艚巧枰獜膬蓮埍碇凶x，且只有連接后才能一起出現(xiàn)。當(dāng)需要的時(shí)候關(guān)系數(shù)據(jù)庫引擎會提供支持來執(zhí)行兩個表的連接操作。

與上一節(jié)描述相反的、非關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫被統(tǒng)稱為NoSQL數(shù)據(jù)庫。NoSQL數(shù)據(jù)庫常見的組織方式是使用collections代替表、documents代替記錄。NoSQL數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方式使得連接會很復(fù)雜，所以大部分都不支持這個操作。圖像5-1如果用NoSQL數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)來表達(dá)則是這樣的：列出用戶及他們的角色，需要應(yīng)用程序自己通過讀取每個用戶的role_id字段去執(zhí)行連接操作，然后查找roles表。

圖像5-2展示了更接近NoSQL數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)思想。這個操作運(yùn)用了一個被稱為反模式的思想，減少了表的數(shù)量卻增加了重復(fù)數(shù)據(jù)。

圖像5-2. NoSQL數(shù)據(jù)庫示例

這種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫為每個用戶顯式的存儲用戶角色名。重命名角色名絕對是一項(xiàng)昂貴的操作，可能需要更新大量的文檔。

但對于NoSQL數(shù)據(jù)庫這并不都是壞消息。雖然有重復(fù)的數(shù)據(jù)，但是查詢速度快，因?yàn)椴恍枰B接，可以直接列出用戶和他們的角色。

SQL數(shù)據(jù)庫擅長以高效、緊湊的形式存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)庫竭盡全力保持一致性。NoSQL數(shù)據(jù)庫會放低一些一致性要求，因此在性能上有更大的優(yōu)勢。

全面分析和比較數(shù)據(jù)庫類型已經(jīng)超出了本教程的范圍。對于中小型應(yīng)用程序SQL數(shù)據(jù)庫和NoSQL數(shù)據(jù)庫完全可以勝任，且性能幾乎差不多。

Python有大部分的數(shù)據(jù)庫引擎包，包括開源的和商業(yè)的。Flask在可使用的數(shù)據(jù)庫包上沒有限制，所以你可以使用MySQL、Postgres、SQLite、Redis、MongoDB或者CouchDB中你喜歡的任何一個。

如果這些還不夠，也有大量的數(shù)據(jù)庫抽象層包，如SQLAlchemy或MongoEngine讓你像操作常規(guī)Python對象那樣，而不是數(shù)據(jù)庫實(shí)體表、文檔或查詢語句。

在選擇數(shù)據(jù)庫框架的時(shí)候需要評估許多因素：

易用性

如果直接比較數(shù)據(jù)庫引擎和數(shù)據(jù)庫抽象層，第二者明顯勝出。抽象層又稱作對象關(guān)系映射（ORM）或?qū)ο笪臋n映射（ODM），提供從高級面向?qū)ο蟛僮鞯降讓訑?shù)據(jù)庫指令的透明轉(zhuǎn)換。

性能

ORM和ODM的轉(zhuǎn)化需要從對象域轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫域，所以會有一些開銷。大多數(shù)情況下，性能損耗是微不足道的，但總有例外。一般來說，ORM和ODM獲得的生產(chǎn)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了性能下降的那部分，所以這不是一個有效的論點(diǎn)來完全拋棄ORM和ODM。應(yīng)該關(guān)心的是選擇怎樣的數(shù)據(jù)庫抽象層，提供可訪問底層數(shù)據(jù)庫中特定操作，就像本地?cái)?shù)據(jù)庫指令那樣實(shí)現(xiàn)的抽象層最佳。

可移植性

數(shù)據(jù)庫的選擇必須考慮開發(fā)和生產(chǎn)平臺。例如，如果你計(jì)劃在云主機(jī)上托管應(yīng)用程序，那么你應(yīng)該找出提供該服務(wù)的數(shù)據(jù)庫。

另一方面ORM和ODM的可移植性不錯。盡管一些框架只為單個數(shù)據(jù)庫引擎提供抽象層，有些抽象層更高級，可以選擇哪種數(shù)據(jù)庫引擎且訪問使用的是同一個面向?qū)ο蟮慕涌?。最好的例子就是SQLAlchemy ORM，支持一組關(guān)系數(shù)據(jù)庫引擎，包括流行的MySQL、Postgres和SQLite。

Flask集成

選擇一個集成了Flask的框架并不是必須的，但是可以不用自己寫集成代碼。Flask集成可以簡化配置和操作，所以應(yīng)該優(yōu)先使用專門設(shè)計(jì)的Flask擴(kuò)展包。

基于這些目的，F(xiàn)lask-SQLAlchemy將是本書示例中應(yīng)該選擇的數(shù)據(jù)庫框架，它對SQLAlchemy進(jìn)行了封裝。

Flask-SQLAlchemy是一個Flask擴(kuò)展，它簡化了在Flask應(yīng)用程序中對SQLAlchemy的使用。SQLAlchemy是一個強(qiáng)大的關(guān)系數(shù)據(jù)庫框架，支持一些數(shù)據(jù)庫后端。提供高級的ORM和底層訪問數(shù)據(jù)庫的本地SQL功能。

和其他擴(kuò)展一樣，通過pip安裝Flask-SQLAlchemy：

(venv) $ pip install flask-sqlalchemy

在Flask-SQLAlchemy，數(shù)據(jù)庫被指定為URL。表格5-1列出三個最受歡迎的數(shù)據(jù)庫引擎url的格式。

表格5-1. Flask-SQLAlchemy數(shù)據(jù)URLs

在這些URL中，hostname是指托管MySQL服務(wù)的服務(wù)器，可能是本地（localhost）又或是遠(yuǎn)程服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以托管多個數(shù)據(jù)庫，所以database指出要使用的數(shù)據(jù)庫名。數(shù)據(jù)庫需要身份驗(yàn)證，username和 password是數(shù)據(jù)庫用戶憑證。

注：> SQLite數(shù)據(jù)庫沒有服務(wù)，所以hostname、username和password可以缺省且數(shù)據(jù)庫是一個磁盤文件名。

應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫URL必須在Flask配置對象中的SQLALCHEMY_DATABASE_URI鍵中進(jìn)行配置。另一個有用的選項(xiàng)是SQLALCHEMY_COMMIT_ON_TEARDOWN，可以設(shè)置為True來啟用自動提交數(shù)據(jù)庫更改在每個請求中。查閱Flask-SQLAlchemy文檔獲取更多其他配置選項(xiàng)。示例5-1展示如何初始化并配置簡單的SQLite數(shù)據(jù)庫。

示例5-1. hello.py：數(shù)據(jù)庫配置

from flask.ext.sqlalchemy import SQLAlchemy

basedir = os.path.abspath(os.path.dirname(__file__))

app = Flask(__name__)
app.config["SQLALCHEMY_DATABASE_URI"] =
    "sqlite:///" + os.path.join(basedir, "data.sqlite")
app.config["SQLALCHEMY_COMMIT_ON_TEARDOWN"] = True

db = SQLAlchemy(app)

由SQLAlchemy實(shí)例化的db對象表示數(shù)據(jù)庫且提供訪問Flask-SQLAlchemy的所有功能。

模型是指由應(yīng)用程序使用的持久化實(shí)體。在ORM的背景下，一個模型通常是一個帶有屬性的Python類，其屬性與數(shù)據(jù)庫表的列相匹配對應(yīng)。Flask-SQLAlchemy數(shù)據(jù)庫實(shí)例提供了一個基類以及一組輔助類和函數(shù)用于定義它的結(jié)構(gòu)。表格5-1中的roles表和users表可以定義為Role模型和User模型如示例5-2所示。

示例5-2.hello.py：Role模型和User模型定義

class Role(db.Model):
    __tablename__ = "roles"
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True) 
    name = db.Column(db.String(64), unique=True)

    def __repr__(self):
        return "" % self.name

class User(db.Model):
    __tablename__ = "users"
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    username = db.Column(db.String(64), unique=True, index=True)

def __repr__(self):
    return "" % self.username

__tablename__類變量定義數(shù)據(jù)庫中表的名稱。如果__tablename__缺省Flask-SQLAlchemy會指定默認(rèn)的表名，但是這些缺省名稱不遵守使用復(fù)數(shù)命名的約定，所以最好是顯式命名表名。其余的變量是模型的屬性，被定義為db.Column類的實(shí)例。

傳給db.Column構(gòu)造函數(shù)的第一個參數(shù)是數(shù)據(jù)庫列的類型也就是模型屬性的數(shù)據(jù)類型。表格5-2列出一些可用的列的類型，也是用于模型中的Python類型。

表格5-2. 最常見的SQLAlchemy列類型

db.Column剩余的參數(shù)為每個屬性指定了配置選項(xiàng)。表格5-3列出一些可用的選項(xiàng)。

表格5-3. 最常見的SQLAlchemy列選項(xiàng)

  
注：Flask-SQLAlchemy需要給所有的模型定義主鍵列，通常命名為id。

兩個模型都包含了repr()方法來給它們顯示一個可讀字符串，雖然不是完全必要，不過用于調(diào)試和測試還是很不錯的。