SQLAlchemy是python的一个数据库ORM工具，提供了强大的对象模型间的转换，可以满足绝大多数数据库操作的需求，并且支持多种数据库引擎（sqlite，mysql，postgres, mongodb等），在这里记录基本用法和学习笔记

一、安装

通过pip安装

$ pip install SQLAlchemy

二、使用

首先是连接到数据库，SQLALchemy支持多个数据库引擎，不同的数据库引擎连接字符串不一样，常用的有

mysql://username:password@hostname/database
postgresql://username:password@hostname/database
sqlite:////absolute/path/to/database
sqlite:///c:/absolute/path/to/database

更多连接字符串的介绍参见这里

下面是连接和使用sqlite数据库的例子

1. connection

使用传统的connection的方式连接和操作数据库

from sqlalchemy import create_engine

# 数据库连接字符串
DB_CONNECT_STRING = 'sqlite:///:memory:'

# 创建数据库引擎,echo为True,会打印所有的sql语句
engine = create_engine(DB_CONNECT_STRING, echo=True)

# 创建一个connection，这里的使用方式与python自带的sqlite的使用方式类似
with engine.connect() as con:
    # 执行sql语句，如果是增删改，则直接生效，不需要commit
    rs = con.execute('SELECT 5')
    data = rs.fetchone()[0]
    print "Data: %s" % data

与python自带的sqlite不同，这里不需要Cursor光标，执行sql语句不需要commit

2. connection事务

使用事务可以进行批量提交和回滚

from sqlalchemy import create_engine

# 数据库连接字符串
DB_CONNECT_STRING = 'sqlite:////Users/zhengxiankai/Desktop/Document/db.sqlite'
engine = create_engine(DB_CONNECT_STRING, echo=True)

with engine.connect() as connection:
    trans = connection.begin()
    try:
        r1 = connection.execute("select * from User")
        r2 = connection.execute("insert into User(name, age) values(?, ?)", 'bomo', 24)
        trans.commit()
    except:
        trans.rollback()
        raise

3. session

connection是一般使用数据库的方式，sqlalchemy还提供了另一种操作数据库的方式，通过session对象，session可以记录和跟踪数据的改变，在适当的时候提交，并且支持强大的ORM的功能，下面是基本使用

from sqlalchemy import create_engine
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

# 数据库连接字符串
DB_CONNECT_STRING = 'sqlite:////Users/zhengxiankai/Desktop/Document/db.sqlite'

# 创建数据库引擎,echo为True,会打印所有的sql语句
engine = create_engine(DB_CONNECT_STRING, echo=True)

# 创建会话类
DB_Session = sessionmaker(bind=engine)

# 创建会话对象
session = DB_Session()

# dosomething with session

# 用完记得关闭，也可以用with
session.close()

上面创建了一个session对象，接下来可以操作数据库了，session也支持通过sql语句操作数据库

session.execute('select * from User')
session.execute("insert into User(name, age) values('bomo', 13)")
session.execute("insert into User(name, age) values(:name, :age)", {'name': 'bomo', 'age':12})

# 如果是增删改，需要commit
session.commit()

注意参数使用dict，并在sql语句中使用:key占位

4. ORM

上面简单介绍了sql的简单用法，既然是ORM框架，我们先定义两个模型类User和Role，sqlalchemy的模型类继承自一个由declarative_base()方法生成的类，我们先定义一个模块Models.py生成Base类

from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base

Base = declarative_base()

User.py

from sqlalchemy import Column, Integer, String
from Models import Base

class User(Base):
    __tablename__ = 'User'
    id = Column('id', Integer, primary_key=True, autoincrement=True)
    name = Column('name', String(50))
    age = Column('age', Integer)

Role.py

from sqlalchemy import Column, Integer, String
from Models import Base

class Role(Base):
    __tablename__ = 'Role'
    id = Column('id', Integer, primary_key=True, autoincrement=True)
    name = Column('name', String(50))

从上面很容易看出来，这里的模型对应数据库中的表，模型支持的类型有Integer, String, Boolean, Date, DateTime, Float，更多类型包括类型对应的Python的类型参见：这里

Column构造函数相关设置

• name：名称
• type_：列类型
• autoincrement：自增
• default：默认值
• index：索引
• nullable：可空
• primary_key：外键

更多介绍参见这里

接下来通过session进行增删改查

from sqlalchemy import create_engine
from sqlalchemy.orm import sessionmaker
from User import User
from Role import Role
from Models import Base

DB_CONNECT_STRING = 'sqlite:////Users/zhengxiankai/Desktop/Document/db.sqlite'
engine = create_engine(DB_CONNECT_STRING, echo=True)
DB_Session = sessionmaker(bind=engine)
session = DB_Session()

# 1. 创建表（如果表已经存在，则不会创建）
Base.metadata.create_all(engine)

# 2. 插入数据
u = User(name = 'tobi', age = 200)
r = Role(name = 'user')

# 2.1 使用add，如果已经存在，会报错
session.add(u)
session.add(r)
session.commit()
print r.id

# 3 修改数据
# 3.1 使用merge方法，如果存在则修改，如果不存在则插入（只判断主键，不判断unique列）
r.name = 'admin'
session.merge(r)

# 3.2 也可以通过这种方式修改
session.query(Role).filter(Role.id == 1).update({'name': 'admin'})

# 4. 删除数据
session.query(Role).filter(Role.id == 1).delete()

# 5. 查询数据
# 5.1 返回结果集的第二项
user = session.query(User).get(2)

# 5.2 返回结果集中的第2-3项
users = session.query(User)[1:3]

# 5.3 查询条件
user = session.query(User).filter(User.id < 6).first()

# 5.4 排序
users = session.query(User).order_by(User.name)

# 5.5 降序（需要导入desc方法）
from sqlalchemy import desc
users = session.query(User).order_by(desc(User.name))

# 5.6 只查询部分属性
users = session.query(User.name).order_by(desc(User.name))
for user in users:
    print user.name

# 5.7 给结果集的列取别名
users = session.query(User.name.label('user_name')).all()
for user in users:
    print user.user_name

# 5.8 去重查询（需要导入distinct方法）
from sqlalchemy import distinct
users = session.query(distinct(User.name).label('name')).all()

# 5.9 统计查询
user_count = session.query(User.name).order_by(User.name).count()
age_avg = session.query(func.avg(User.age)).first()
age_sum = session.query(func.sum(User.age)).first()

# 5.10 分组查询
users = session.query(func.count(User.name).label('count'), User.age).group_by(User.age)
for user in users:
    print 'age:{0}, count:{1}'.format(user.age, user.count)

# 6.1 exists查询(不存在则为~exists())
from sqlalchemy.sql import exists
session.query(User.name).filter(~exists().where(User.role_id == Role.id))
# SELECT name AS users_name FROM users WHERE NOT EXISTS (SELECT * FROM roles WHERE users.role_id = roles.id)

# 6.2 除了exists，any也可以表示EXISTS
session.query(Role).filter(Role.users.any())

# 7 random
from sqlalchemy.sql.functions import random
user = session.query(User).order_by(random()).first()

session.close()

参考链接：

• any

5. 多表关系

上面的所有操作都是基于单个表的操作，下面是多表以及关系的使用，我们修改上面两个表，添加外键关联（一对多和多对一）

User模型

from sqlalchemy import Column, Integer, String
from sqlalchemy import ForeignKey
from sqlalchemy.orm import relationship
from Models import Base

class User(Base):
    __tablename__ = 'users'
    id = Column('id', Integer, primary_key=True, autoincrement=True)
    name = Column('name', String(50))
    age = Column('age', Integer)

    # 添加角色id外键(关联到Role表的id属性)
    role_id = Column('role_id', Integer, ForeignKey('roles.id'))
    # 添加同表外键
    second_role_id = Column('second_role_id', Integer, ForeignKey('roles.id'))

    # 添加关系属性，关联到role_id外键上
    role = relationship('Role', foreign_keys='User.role_id', backref='User_role_id')
    # 添加关系属性，关联到second_role_id外键上
    second_role = relationship('Role', foreign_keys='User.second_role_id', backref='User_second_role_id')

Role模型

from sqlalchemy import Column, Integer, String
from sqlalchemy.orm import relationship
from Models import Base

class Role(Base):
    __tablename__ = 'roles'
    id = Column('id', Integer, primary_key=True, autoincrement=True)
    name = Column('name', String(50))

    # 添加关系属性，关联到User.role_id属性上
    users = relationship("User", foreign_keys='User.role_id', backref="Role_users")
    # 添加关系属性，关联到User.second_role_id属性上
    second_users = relationship("User", foreign_keys='User.second_role_id', backref="Role_second_users")

这里有一点需要注意的是，设置外键的时候ForeignKey('roles.id')这里面使用的是表名和表列，在设置关联属性的时候relationship('Role', foreign_keys='User.role_id', backref='User_role_id')，这里的foreign_keys使用的时候类名和属性名

接下来就可以使用了

u = User(name='tobi', age=200)

r1 = Role(name='admin')
r2 = Role(name='user')

u.role = r1
u.second_role = r2

session.add(u)
session.commit()

# 查询（对于外键关联的关系属性可以直接访问，在需要用到的时候session会到数据库查询）
roles = session.query(Role).all()
for role in roles:
    print 'role:{0} users'
    for user in role.users:
        print '\t{0}'.format(user.name)
    print 'role:{0} second_users'
    for user in role.second_users:
        print '\t{0}'.format(user.name)

上面表示的是一对多（多对一）的关系，还有一对一，多对多，如果要表示一对一的关系，在定义relationship的时候设置uselist为False（默认为True），如在Role中

class Role(Base):
    ...
    user = relationship("User", uselist=False, foreign_keys='User.role_id', backref="Role_user")

6. 多表查询

多表查询通常使用join进行表连接，第一个参数为表名，第二个参数为条件，例如

users = db.session.query(User).join(Role, Role.id == User.role_id)

for u in users:
    print u.name

join为内连接，还有左连接outerjoin，用法与join类似，右连接和全外链接在1.0版本上不支持，通常来说有这两个结合查询的方法基本够用了，1.1版本貌似添加了右连接和全外连接的支持，但是目前只是预览版

还可以直接查询多个表，如下

result = db.session.query(User, Role).filter(User.role_id = Role.id)
# 这里选择的是两个表，使用元组获取数据
for u, r in result:
      print u.name

三、数据库迁移

sqlalchemy的数据库迁移/升级有两个库支持alembic和sqlalchemy-migrate

由于sqlalchemy-migrate在2011年发布了0.7.2版本后，就已经停止更新了，并且已经不维护了，也积累了很多bug，而alembic是较后来才出现，而且是sqlalchemy的作者开发的，有良好的社区支持，所以在这里只学习alembic这个库

alembic实现了类似git/svn的版本管理的控制，我们可以通过alembic维护每次升级数据库的版本

1. 安装

通过pip安装，pip会自动安装相关的依赖

$ pip install alembic

2. 初始化

安装完成后再项目根目录运行

$ alembic init YOUR_ALEMBIC_DIR

alembic会在根目录创建YOUR_ALEMBIC_DIR目录和alembic.ini文件，如下

yourproject/
    alembic.ini
    YOUR_ALEMBIC_DIR/
        env.py
        README
        script.py.mako
        versions/
            3512b954651e_add_account.py
            2b1ae634e5cd_add_order_id.py
            3adcc9a56557_rename_username_field.py

其中

• alembic.ini 提供了一些基本的配置
• env.py 每次执行Alembic都会加载这个模块，主要提供项目Sqlalchemy Model 的连接
• script.py.mako 迁移脚本生成模版
• versions 存放生成的迁移脚本目录

默认情况下创建的是基于单个数据库的，如果需要支持多个数据库或其他，可以通过alembic list_templates查看支持的模板

$ alembic list_templates
Available templates:

generic - Generic single-database configuration.
multidb - Rudimentary multi-database configuration.
pylons - Configuration that reads from a Pylons project environment.

Templates are used via the 'init' command, e.g.:

  alembic init --template generic ./scripts

3. 配置

使用之前，需要配置一下链接字符串，打开alembic.ini文件，设置sqlalchemy.url连接字符串，例如

sqlalchemy.url = sqlite:////Users/zhengxiankai/Desktop/database.db

其他参数可以参见官网说明：http://alembic.zzzcomputing.com/en/latest/tutorial.html

4. 创建数据库版本

接下来我们创建一个数据库版本，并新建两个表

$ alembic revision -m 'create table'

创建一个版本（会在yourproject/YOUR_ALEMBIC_DIR/versions/文件夹中创建一个python文件1a8a0d799b33_create_table.py）

该python模块包含upgrade和downgrade两个方法，在这里添加一些新增表的逻辑

"""create table

Revision ID: 4fd533a56b34
Revises:
Create Date: 2016-09-18 17:20:27.667100

"""
from alembic import op
import sqlalchemy as sa


# revision identifiers, used by Alembic.
revision = '4fd533a56b34'
down_revision = None
branch_labels = None
depends_on = None

def upgrade():
    # 添加表
    op.create_table(
        'account',
        sa.Column('id', sa.Integer, primary_key=True),
        sa.Column('name', sa.String(50), nullable=False),
        sa.Column('description', sa.Unicode(200)),
    )

    # 添加列
    # op.add_column('account', sa.Column('last_transaction_date', sa.DateTime))



def downgrade():
    # 删除表
    op.drop_table('account')

    # 删除列
    # op.drop_column('account', 'last_transaction_date')

这里使用到了了op对象，关于op对象的更多API使用，参见这里

这里生成的文件名是依照在alembic.ini文件声明的模板来的，默认为版本号+名字，可以加上一些日期信息，否则不好排序，更多参数参见这里

file_template = %%(year)d_%%(month).2d_%%(day).2d_%%(hour).2d_%%(minute).2d_%%(rev)s_%%(slug)s

另外通常我们也改一下生成模板script.py.mako，加上编码信息，否则在升级脚本中如果有中文会报错

#!/usr/bin/python
# -*- coding:utf-8 -*-

5. 升级数据库

刚刚实现了升级和降级的方法，通过下面命令升级数据库到最新版本

$ alembic upgrade head

这时候可以看到数据库多了两个表alembic_version和account，alembic_version存放数据库版本

关于升级和降级的其他命令还有下面这些

# 升到最高版本
$ alembic upgrade head

# 降到最初版本
$ alembic downgrade base

# 升两级
$ alembic upgrade +2

# 降一级
$ alembic downgrade -1

# 升级到制定版本
$ alembic upgrade e93b8d488143

# 查看当前版本
$ alembic current

# 查看历史版本详情
$ alembic history --verbose

# 查看历史版本（-r参数）类似切片
$ alembic history -r1975ea:ae1027
$ alembic history -r-3:current
$ alembic history -r1975ea:

6. 通过元数据升级数据库

上面我们是通过API升级和降级，我们也可以直接通过元数据更新数据库，也就是自动生成升级代码，先定义两个Model（User, Role），这里我定义成三个文件

yourproject/
    YOUR_ALEMBIC_DIR/
    tutorial/Db
        Models.py
        User.py
        Role.py

代码就放在一起了

from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy import Column, Integer, String
Base = declarative_base()

class User(Base):
    __tablename__ = 'users'

    id = Column('id', Integer, primary_key=True, autoincrement=True)
    name = Column('name', String)

class Role(Base):
    __tablename__ = 'roles'

    id = Column('id', Integer, primary_key=True, autoincrement=True)
    name = Column('name', String)

在YOUR_ALEMBIC_DIR/env.py配置元数据

target_metadata = None

改为

import os
import sys

# 这里需要添加相对路径到sys.path，否则会引用失败，尝试过使用相对路径，但各种不好使，还是使用这种方法靠谱些
sys.path.append(os.path.abspath(os.path.join(os.getcwd(), "../yourproject/tutorial/Db")))

from User import User
from Role import Role
from Models import Base
target_metadata = Base.metadata

os.path.join(os.getcwd()这个获取到的地址不是env.py的路径，而是根目录

在创建数据库版本的时候添加--autogenerate参数，就会从Base.metadata元数据中生成脚本

$ alembic revision --autogenerate -m "add user table"

这时候会在生成升级代码

"""add user table

Revision ID: 97de1533584a
Revises: 8678ab6d48c1
Create Date: 2016-09-19 21:58:00.758410

"""
from alembic import op
import sqlalchemy as sa


# revision identifiers, used by Alembic.
revision = '97de1533584a'
down_revision = '8678ab6d48c1'
branch_labels = None
depends_on = None

def upgrade():
    ### commands auto generated by Alembic - please adjust! ###
    op.create_table('roles',
    sa.Column('id', sa.Integer(), nullable=False),
    sa.Column('name', sa.String(), nullable=True),
    sa.PrimaryKeyConstraint('id')
    )
    op.create_table('users',
    sa.Column('id', sa.Integer(), nullable=False),
    sa.Column('name', sa.String(), nullable=True),
    sa.PrimaryKeyConstraint('id')
    )
    op.drop_table('account')
    ### end Alembic commands ###


def downgrade():
    ### commands auto generated by Alembic - please adjust! ###
    op.create_table('account',
    sa.Column('id', sa.INTEGER(), nullable=False),
    sa.Column('name', sa.VARCHAR(length=50), nullable=False),
    sa.Column('description', sa.VARCHAR(length=200), nullable=True),
    sa.Column('last_transaction_date', sa.DATETIME(), nullable=True),
    sa.PrimaryKeyConstraint('id')
    )
    op.drop_table('users')
    op.drop_table('roles')
    ### end Alembic commands ###

由于我没有定义account模型，会被识别为删除，如果删除了model的列的声明，则会被识别为删除列，自动生成的版本我们也可以自己修改，然后执行升级命令即可升级alembic upgrade head

需要注意的是

1. Base.metadata声明的类必须以数据库中的一一对应，如果数据库中有的表，而在元数据中没有，会识别成删除表
2. revision创建版本之前执行之前需要升级到最新版本
3. 配置Base之前，需要保证所有的Model都已经执行（即导入）过一次了，否则无法读取到，也就是需要把所有Model都import进来

数据库升级有风险，升级前最好先检查一遍upgrade函数，可以的话做好备份哈

四、常见问题

1. String长度问题

如果使用mysql数据库，String类型对应的是VARCHAR类型，需要指定长度，否则会报下面错误，而在sqlite不会出现

(in table 'user', column 'name'): VARCHAR requires a length on dialect mysql

如有问题欢迎到我的博客留言

五、参考链接

• Auto Generating Migrations
• tutorial

最后安利一下自己的博客：https://zhengbomo.github.io