[Day 14] 資料庫 (一)：ORM 與 SQLAlchemy

2023 iThome 鐵人賽

DAY 14

Software Development

FastAPI 開發筆記：從新手到專家的成長之路系列第 14 篇

15th鐵人賽

ck642509

2023-09-27 23:45:38

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接下來這幾天讓我們來看一下資料庫的部份~

儘管這系列主題是 FastAPI，但由於後端通常都會有 DB，而且 SQLAlchemy 套件本身功能也是不少，因此我還是打算多花點篇幅多介紹一下 SQLAlchemy

RDBMS 與 NoSQL

資料庫簡單來說就是儲存資料的地方 (廢話 XD)，但既然稱為資料「庫」，就是預期資料的儲存量不低，或是有能力儲存大量的資料，因此就有人開發出相對好管理的資料庫格式。而資料庫又可以在分成兩大類，「關聯式資料庫」與「非關聯式資料庫」。

雖然翻譯上不完全相等，但通常英文會簡寫成 RDBMS (或 SQL) 和 NoSQL，大家看得懂就好

SQL

先來說一下什麼是 SQL，SQL 全名是 Structured Query Language，中文翻作「結構式查詢語言」，簡單來說就是操作資料庫的語言，基本的操作包含：新增、刪除，查詢、修改。

RDBMS

RDBMS (Relational Database Management System)，關聯式資料庫管理系統，簡單來說是類似 Excel 的表格們，通常欄位都不太會變動，適合儲存格式相對簡單(而且穩定)的資料。

NoSQL

NoSQL (non-SQL 或 Not only SQL)，非關聯式資料庫，主要是應對較複雜的資料格式，或是每次格式都不太固定的，雖然使用上較方便，但相對的，查詢速度就比較慢。

大家可以去看看這篇之前的鐵人賽文章，寫得很好懂

ORM

隨著技術發展，後來 ORM 出現了，它全名是 object-relational mapping，簡單來說就是把我們的想法轉變成 SQL 指令的 library，它的優點主要有這幾點：

通用、廣泛
由於不同資料庫之間的 SQL 語法還是略有差異，但在 ORM 就沒有這個問題，只要把資料庫連線設定弄好，ORM 就會自動幫我們轉換成對應的 SQL 進行操作
安全
由於不是直接下 SQL 指令，因此可以避免掉 SQL Injection 攻擊
簡化
讓整體的程式碼較好理解，也較容易維護

至於缺點，則主要是效能，畢竟多轉換成 SQL 才去操作，因此效能一定有差，但現在已經發展這麼多年，應該優化很多了，通常影響效能的關鍵還是在邏輯設計上 (例如：資料庫格式、查詢方法等)。

ORM 是用來處理關聯式資料庫的，因此接下來都不會討論 NoSQL

SQLAlchemy 實作

Python 中最知名的 ORM 就是 SQLAlchemy，同時它也是被 FastAPI 官網作為範例使用的。接下來讓我們簡單地實作一下 SQLAlchemy

安裝

首先，要先安裝 SQLAlchemy

pip install sqlalchemy

準備資料庫

既然 SQLAlchemy 是用來控制資料庫的，那當然也要有資料庫...吧？

如果手邊沒有現成的資料庫，又懶得準備，或者只是小型專案開發用的，可以考慮使用 SQLite，不需要額外安裝，直接進到下一步 xD

接下來我們的 Demo 都會以 SQLite 為主~

設定資料庫連線

我們先建立 database.py，負責管理資料庫的連線，來看一下官網範例

# database.py
from sqlalchemy import create_engine
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

SQLALCHEMY_DATABASE_URL = "sqlite:///./test.db"
# SQLALCHEMY_DATABASE_URL = "postgresql://user:password@postgresserver/db"

engine = create_engine(
    SQLALCHEMY_DATABASE_URL, connect_args={"check_same_thread": False}
)
SessionLocal = sessionmaker(autocommit=False, autoflush=False, bind=engine)

Base = declarative_base()

每個資料庫都會它對應的連線 URL (也就是 SQLALCHEMY_DATABASE_URL)，包含帳號、密碼等，但 SQLite 沒那麼複雜，只要想好路徑和資料庫名稱就好。這邊我們設定在當前資料夾，名稱為 test.db。

設定 model

既然是關聯式資料庫，我們就要規劃它要有哪些表格、有哪些欄位、欄位的格式是什麼？

因此，建立 models.py 來設定它們的格式，來看一下簡化過後的範例

# models.py
from sqlalchemy import Boolean, Column, ForeignKey, Integer, String

from database import Base

class User(Base):
    __tablename__ = "users"

    id = Column(Integer, primary_key=True, index=True)
    email = Column(String, unique=True, index=True)
    hashed_password = Column(String)
    is_active = Column(Boolean, default=True)


class Item(Base):
    __tablename__ = "items"

    id = Column(Integer, primary_key=True, index=True)
    title = Column(String, index=True)
    description = Column(String, index=True)
    owner_id = Column(Integer, ForeignKey("users.id"))

相信應該不難理解，這邊有兩個表格，名稱分別是 users 和 items，各有四個欄位並分別記錄在兩個 class 內，並且有設定好它的型別。

在主程式使用

接下來就是在主程式 main.py 進行資料庫連線。SQLite 有一個特點，只要連線時發現不存在，就會幫我們建立一個新的，因此我們只要直接在主程式啟動後，與資料庫進行連線就好了。

來看一下這個極度簡化過後的官網範例

# main.py

from fastapi import FastAPI

import models
from database import SessionLocal, engine

models.Base.metadata.create_all(bind=engine)

app = FastAPI()

def get_db():
    db = SessionLocal()
    try:
        yield db
    finally:
        db.close()

get_db()

接著我們只要照平常的方式啟動主程式就好了