我的第一个python web开发框架（25）——定制ORM（一）

　　在开始编写ORM模块之前，我们需要先对db_helper进行重构，因为ORM最终生成的sql是需要转给db_helper来执行的，所以拥有一个功能完善、健壮的数据库操作类是非常必要的。

　　这是项目原db_helper.py代码

#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8

import psycopg2
from common import log_helper
from config import const

# 初始化数据库参数
db_name = const.DB_NAME
db_host = const.DB_HOST
db_port = const.DB_PORT
db_user = const.DB_USER
db_pass = const.DB_PASS

def read(sql):
    """
    连接pg数据库并进行数据查询
    如果连接失败，会把错误写入日志中，并返回false，如果sql执行失败，也会把错误写入日志中，并返回false
    如果所有执行正常，则返回查询到的数据，这个数据是经过转换的，转成字典格式，方便模板调用，其中字典的key是数据表里的字段名
    """
    try:
        # 连接数据库
        conn = psycopg2.connect(database=db_name, user=db_user, password=db_pass, host=db_host, port=db_port)
        # 获取游标
        cursor = conn.cursor()
    except Exception as e:
        print(e.args)
        log_helper.error('连接数据库失败：' + str(e.args))
        return False
    try:
        # 执行查询操作
        cursor.execute(sql)
        # 将返回的结果转换成字典格式
        data = [dict((cursor.description[i][0], value) for i, value in enumerate(row)) for row in cursor.fetchall()]
    except Exception as e:
        print(e.args)
        log_helper.error('sql执行失败:' + str(e.args) + ' sql:' + str(sql))
        return False
    finally:
        # 关闭游标和数据库链接
        cursor.close()
        conn.close()
    # 返回结果（字典格式）
    return data

def write(sql, vars):
    """
    连接pg数据库并进行写的操作
    如果连接失败，会把错误写入日志中，并返回false，如果sql执行失败，也会把错误写入日志中，并返回false，如果所有执行正常，则返回true
    """
    try:
        # 连接数据库
        conn = psycopg2.connect(database=db_name, user=db_user, password=db_pass, host=db_host, port=db_port)
        # 获取游标
        cursor = conn.cursor()
    except Exception as e:
        print(e.args)
        log_helper.error('连接数据库失败：' + str(e.args))
        return False
    try:
        # 执行sql语句
        cursor.execute(sql, vars)
        # 提交事务
        conn.commit()
    except Exception as e:
        print(e.args)
        # 如果出错，则事务回滚
        conn.rollback()
        log_helper.error('sql执行失败:' + str(e.args) + ' sql:' + str(sql))
        return False
    else:
        # 获取数据
        try:
            data = [dict((cursor.description[i][0], value) for i, value in enumerate(row))
                         for row in cursor.fetchall()]
        except Exception as e:
            # 没有设置returning或执行修改或删除语句时，记录不存在
            data = None
    finally:
        # 关闭游标和数据库链接
        cursor.close()
        conn.close()

    # 如果写入数据后，将数据库返回的数据返回给调用者
    return data

　　通过对代码的简单分析，可以看到整个模块在初化时，载入数据库链接配置，对数据库的操作也只有简单读与写操作。这样的功能对于一般的数据库增删改查操作已经足够了，但如果业务复杂，有多个库、需要用到事务或者需要访问不同类型数据库时，它就不够用了。所以首先要做的就是对它进行重构，功能进行完善。

　　首先我们需要将配置独立出来，当有需要链接多个数据库时，可以读取不同的配置文件，让程序更加方便灵活。

　　在config目录下创建db_config.py文件（有多个库时，可以配置多个不同的参数来引用）

#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8

### 数据库链接参数 ###
DB = {
    'db_host': '127.0.0.1',
    'db_port': 5432,
    'db_name': 'simple_db',
    'db_user': 'postgres',
    'db_pass': ''
}
# 是否将所有要执行的Sql语句输出到日志里
IS_OUTPUT_SQL = False

　　在配置中，我们同样定义了数据库连接地址、端口、数据库名称、用户名与密码。

　　另外，为了方便我们进行排错，检查sql的生成情况，添加了IS_OUTPUT_SQL是否输出执行的sql语句到日志中这一个开关项，设置为True时，所有被执行的sql语句都会被写到日志中，方便下载日志下来进行分析。

　　对于数据库操作模块，我们需要封装成一个类，在有需要调用时，就可以通过with语句进行初始化操作，设置对应的数据库链接配置，灵活的连接不同的数据库。

　　在设计操作类时，我们需要思考几个问题：

　　1.它可以支持多数据库操作，即读取不同的配置能连接操作不同的数据库（可以通过类初始化时进行注入配置信息）

　　2.它需要支持with语句，当我们忘记关闭数据库游标和连接时，自动帮我们关闭（需要实现__enter__()与__exit__()方法）

　　3.它需要支持数据库事务，当执行失败时，可以回滚数据，当所有sql执行都成功时，可以统一提交事务（需要创建rollback()与commit()方法）

　　4.它需要支持查询、添加、修改、删除等操作，方便我们操作关系型数据库记录（需要创建sql执行方法）

　　5.它需要支持sql执行优化，将超出指定执行时间的sql语句记录到日志中，方便开发人员进行分析（需要记录sql执行起始时间与结束时间，并进行计算，当这个时间大于指定值时执行日志写入程序）

　　根据这些要求，我们初步设计出数据库操作类的基本模型

class PgHelper(object):
    """postgresql数据库操作类"""

    def __init__(self, db, is_output_sql):
        """初始化数据库操作类配置信息"""

    def open_conn(self):
        """连接数据库，并建立游标"""

    def close_conn(self):
        """关闭postgresql数据库链接"""

    def __enter__(self):
        """初始化数据库链接"""

    def __exit__(self, type, value, trace):
        """关闭postgresql数据库链接"""

    def rollback(self):
        """回滚操作"""

    def commit(self):
        """提交事务"""

    def execute(self, query, vars=None):
        """执行sql语句查询，返回结果集或影响行数"""

    def write_log(self, start_time, end_time, sql):
        """记录Sql执行超时日志"""

　　接下来，我们来一一实现上面的各个方法

　　首先是完成初始化方法，我们可以通过注入的方法，将db_config配置信息里的参数注入进来初始化。连接不同的数据库时，可以注入不同的配置信息。

class PgHelper(object):
    """postgresql数据库操作类"""

    def __init__(self, db, is_output_sql):
        self.connect = None
        self.cursor = None
        # 初始化数据库参数
        self.db_name = db.get('db_name')
        self.db_user = db.get('db_user')
        self.db_pass = db.get('db_pass')
        self.db_host = db.get('db_host')
        self.db_port = db.get('db_port')
        # 是否将所有要执行的Sql语句输出到日志里
        self.is_output_sql = is_output_sql

　　然后我们来创建数据库打开连接方法与关闭连接的方法，当数据库连接失败时会抛出异常，程序会自动调用log_helper.error()方法，将异常写入日志当中，并第一时间发送邮件通知开发人员，方便开发人员即时排错。

    def open_conn(self):
        """连接数据库，并建立游标"""
        try:
            if not self.connect:
                self.connect = psycopg2.connect(database=self.db_name, user=self.db_user, password=self.db_pass, host=self.db_host, port=self.db_port)
            return self.connect
        except Exception as e:
            log_helper.error('连接数据库失败：' + str(e.args))
            return False

    def close_conn(self):
        """关闭postgresql数据库链接"""
        # 关闭游标
        try:
            if self.cursor:
                self.cursor.close()
        except Exception:
            pass
        # 关闭数据库链接
        try:
            if self.connect:
                self.connect.close()
        except Exception:
            pass

　　通过重写内置__enter__()与__exit__()方法，来实现with语句调用本类时，会自动对类进行初始化操作，自动创建数据库连接。当代码执行完毕后（程序退出with语句时），程序会自动调用对应的方法，将游标与数据库连接的关闭，避免手动操作时，忘记关闭连接出现异常。

    def __enter__(self):
        """初始化数据库链接"""
        self.open_conn()
        return self

    def __exit__(self, type, value, trace):
        """关闭postgresql数据库链接"""
        self.close_conn()

　　为了方便事务处理，增加回滚方法。用于事务中执行操作失败时，调用回滚方法执行回滚操作。

    def rollback(self):
        """回滚操作"""
        try:
            # 异常时，进行回滚操作
            if self.connect:
                self.connect.rollback()
                self.close_conn()
        except Exception as e:
            log_helper.error('回滚操作失败：' + str(e.args))

　　还需要增加事务提交方法，方便sql执行增删改成功以后，提交事务更新数据。在开发中很多朋友经常会忘记执行提交事务操作，一直以为代码有问题没有执行成功。

    def commit(self):
        """提交事务"""
        try:
            if self.connect:
                self.connect.commit()
                self.close_conn()
        except Exception as e:
            log_helper.error('提交事务失败：' + str(e.args))

　　为了方便查看sql语句转换效果，我们还可以增加获取sql语句生成方法，当然这个方法并没有太大的用途。

    def get_sql(self, query, vars=None):
        """获取编译后的sql语句"""
        # 记录程序执行开始时间
        start_time = time.clock()
        try:
            # 判断是否记录sql执行语句
            if self.is_output_sql:
                log_helper.info('sql:' + str(query))
            # 建立游标
            self.cursor = self.connect.cursor()
            # 执行SQL
            self.data = self.cursor.mogrify(query, vars)
        except Exception as e:
            # 将异常写入到日志中
            log_helper.error('sql生成失败:' + str(e.args) + ' query:' + str(query))
            self.data = '获取编译sql失败'
        finally:
            # 关闭游标
            self.cursor.close()
        # 记录程序执行结束时间
        end_time = time.clock()
        # 写入日志
        self.write_log(start_time, end_time, query)

        return self.data

　　因为，当你直接使用完整的sql语句执行时，并不需要这个方法。但是，你使用的是下面方式，执行后就会生成组合好的sql语句，帮助我们分析sql语句生成情况

# 使用with方法，初始化数据库连接
with db_helper.PgHelper(db_config.DB, db_config.IS_OUTPUT_SQL) as db:
    # 设置sql执行语句
    sql = """insert into product (name, code) values (%s, %s) returning id"""
    # 设置提交参数
    vars = ('zhangsan', '')
    # 生成sql语句，并打印到控制台
    print(db.get_sql(sql, vars))

　　输出结果：

b"insert into product (name, code) values ('zhangsan', '201807251234568') returning id"

　　数据库最常见的操作就是增删改查操作，由于postgresql有个非常好用的特殊参数：returning，它可以在sql执行增改删结束后，返回我们想要的字段值，方便我们进行相应的判断与操作，所以增改删操作我们不需要将它与查询操作分离成两个方法，统一使用这个方法来获取数据库中返回的记录值。

　　在实现这个方法之前，我们设计时要思考这几个问题：

　　1.需要记录程序执行的起始与结束时间，计算sql语句执行时长，用来判断是否记录到日志中，方便开发人员进行分析优化sql语句

　　2.需要根据参数判断，是否需要将所有执行的sql语句记录到日志中，方便开发人员有需要时，查看执行了哪些sql语句，进行数据与功能分析

　　3.由于类在加载时就已经自动连接数据库了，所以在方法中不需要进行打开数据库链接操作

　　5.在执行sql语句时，需要创建游标，然后执行sql语句

　　6.为了让用户更好的体验，减少异常的直接抛出，需要进行异常捕捉，并将捕捉到的异常进行处理，记录到日志中方便开发人员分析错误，同时同步发送推送给相关人员，即时提醒错误

　　7.sql执行成功以后，需要对返回的数据进行处理，组合成字典类型，方便前端使用

　　8.完成数据处理后，需要及时关闭游标

　　9.对返回的数据需要进行处理后，返回给上一级程序

     def execute(self, query, vars=None):
         """执行sql语句查询，返回结果集或影响行数"""
         if not query:
             return None
         # 记录程序执行开始时间
         start_time = time.clock()
         try:
             # 判断是否记录sql执行语句
             if self.is_output_sql:
                 log_helper.info('sql:' + str(query))
             # 建立游标
             self.cursor = self.connect.cursor()
             # 执行SQL
             result = self.cursor.execute(query, vars)
             print(str(result))
         except Exception as e:
             # 将异常写入到日志中
             log_helper.error('sql执行失败:' + str(e.args) + ' query:' + str(query))
             self.data = None
         else:
             # 获取数据
             try:
                 if self.cursor.description:
                     # 在执行insert/update/delete等更新操作时，如果添加了returning，则读取返回数据组合成字典返回
                     self.data = [dict((self.cursor.description[i][0], value) for i, value in enumerate(row)) for row in self.cursor.fetchall()]
                 else:
                     # 如果执行insert/update/delete等更新操作时没有添加returning，则返回影响行数，值为0时表时没有数据被更新
                     self.data = self.cursor.rowcount
             except Exception as e:
                 # 将异常写入到日志中
                 log_helper.error('数据获取失败:' + str(e.args) + ' query:' + str(query))
                 self.data = None
         finally:
             # 关闭游标
             self.cursor.close()
         # 记录程序执行结束时间
         end_time = time.clock()
         # 写入日志
         self.write_log(start_time, end_time, query)

         # 如果有返回数据，则把该数据返回给调用者
         return self.data

　　最后一个是记录超时sql语句到日志方法，这里我将大于0.1秒的sql语句都记录下来

    def write_log(self, start_time, end_time, sql):
        """记录Sql执行超时日志"""
        t = end_time - start_time
        if (t) > 0.1:
            content = ' '.join(('run time:', str(t), 's sql:', sql))
            log_helper.info(content)

　　完成的db_helper.py代码

 #!/usr/bin/env python
 # coding=utf-8

 import psycopg2
 import time
 from io import StringIO
 from common import log_helper, file_helper

 class PgHelper(object):
     """postgresql数据库操作类"""

     def __init__(self, db, is_output_sql):
         self.connect = None
         self.cursor = None
         # 初始化数据库参数
         self.db_name = db.get('db_name', '')
         self.db_user = db.get('db_user', '')
         self.db_pass = db.get('db_pass', '')
         self.db_host = db.get('db_host', '')
         self.db_port = db.get('db_port', '')
         # 是否将所有要执行的Sql语句输出到日志里
         self.is_output_sql = is_output_sql

     def open_conn(self):
         """连接数据库，并建立游标"""
         try:
             if not self.connect:
                 self.connect = psycopg2.connect(database=self.db_name, user=self.db_user, password=self.db_pass,
                                                 host=self.db_host, port=self.db_port)
             return self.connect
         except Exception as e:
             log_helper.error('连接数据库失败：' + str(e.args))
             return False

     def close_conn(self):
         """关闭postgresql数据库链接"""
         # 关闭游标
         try:
             if self.cursor:
                 self.cursor.close()
         except Exception:
             pass
         # 关闭数据库链接
         try:
             if self.connect:
                 self.connect.close()
         except Exception:
             pass

     def __enter__(self):
         """初始化数据库链接"""
         self.open_conn()
         return self

     def __exit__(self, type, value, trace):
         """关闭postgresql数据库链接"""
         self.close_conn()

     def rollback(self):
         """回滚操作"""
         try:
             # 异常时，进行回滚操作
             if self.connect:
                 self.connect.rollback()
         except Exception as e:
             log_helper.error('回滚操作失败：' + str(e.args))

     def commit(self):
         """提交事务"""
         try:
             if self.connect:
                 self.connect.commit()
                 self.close_conn()
         except Exception as e:
             log_helper.error('提交事务失败：' + str(e.args))

     def get_sql(self, query, vars=None):
         """获取编译后的sql语句"""
         # 记录程序执行开始时间
         start_time = time.clock()
         try:
             # 判断是否记录sql执行语句
             if self.is_output_sql:
                 log_helper.info('sql:' + str(query))
             # 建立游标
             self.cursor = self.connect.cursor()
             # 执行SQL
             self.data = self.cursor.mogrify(query, vars)
         except Exception as e:
             # 将异常写入到日志中
             log_helper.error('sql生成失败:' + str(e.args) + ' query:' + str(query))
             self.data = '获取编译sql失败'
         finally:
             # 关闭游标
             self.cursor.close()
         # 记录程序执行结束时间
         end_time = time.clock()
         # 写入日志
         self.write_log(start_time, end_time, query)

         return self.data

     def copy(self, values, table_name, columns):
         """
         百万级数据更新函数
         :param values: 更新内容，字段之间用\t分隔，记录之间用\n分隔 "1\taaa\tabc\n2\bbb\abc\n"
         :param table_name: 要更新的表名称
         :param columns: 需要更新的字段名称：例：('id','userame','passwd')
         :return:
         """
         try:
             # 建立游标
             self.cursor = self.connect.cursor()
             self.cursor.copy_from(StringIO(values), table_name, columns=columns)
             self.connect.commit()
             return True
         except Exception as e:
             # 将异常写入到日志中
             log_helper.error('批量更新失败:' + str(e.args) + ' table:' + table_name)
         finally:
             # 关闭游标
             self.cursor.close()

     def execute(self, query, vars=None):
         """执行sql语句查询，返回结果集或影响行数"""
         if not query:
             return None
         # 记录程序执行开始时间
         start_time = time.clock()
         try:
             # 判断是否记录sql执行语句
             if self.is_output_sql:
                 log_helper.info('sql:' + str(query))
             # 建立游标
             self.cursor = self.connect.cursor()
             # 执行SQL
             result = self.cursor.execute(query, vars)
             print(str(result))
         except Exception as e:
             # 将异常写入到日志中
             log_helper.error('sql执行失败:' + str(e.args) + ' query:' + str(query))
             self.data = None
         else:
             # 获取数据
             try:
                 if self.cursor.description:
                     # 在执行insert/update/delete等更新操作时，如果添加了returning，则读取返回数据组合成字典返回
                     self.data = [dict((self.cursor.description[i][0], value) for i, value in enumerate(row)) for row in self.cursor.fetchall()]
                 else:
                     # 如果执行insert/update/delete等更新操作时没有添加returning，则返回影响行数，值为0时表时没有数据被更新
                     self.data = self.cursor.rowcount
             except Exception as e:
                 # 将异常写入到日志中
                 log_helper.error('数据获取失败:' + str(e.args) + ' query:' + str(query))
                 self.data = None
         finally:
             # 关闭游标
             self.cursor.close()
         # 记录程序执行结束时间
         end_time = time.clock()
         # 写入日志
         self.write_log(start_time, end_time, query)

         # 如果有返回数据，则把该数据返回给调用者
         return self.data

     def write_log(self, start_time, end_time, sql):
         """记录Sql执行超时日志"""
         t = end_time - start_time
         if (t) > 0.1:
             content = ' '.join(('run time:', str(t), 's sql:', sql))
             log_helper.info(content)

　　测试代码

 #!/usr/bin/evn python
 # coding=utf-8

 import unittest
 from common import db_helper
 from config import db_config

 class DbHelperTest(unittest.TestCase):
     """数据库操作包测试类"""

     def setUp(self):
         """初始化测试环境"""
         print('------ini------')

     def tearDown(self):
         """清理测试环境"""
         print('------clear------')

     def test(self):
         # 使用with方法，初始化数据库连接
         with db_helper.PgHelper(db_config.DB, db_config.IS_OUTPUT_SQL) as db:
             # 设置sql执行语句
             sql = """insert into product (name, code) values (%s, %s) returning id"""
             # 设置提交参数
             vars = ('张三', '')
             # 生成sql语句，并打印到控制台
             print(db.get_sql(sql, vars))

             db.execute('select * from product where id=1000')
             db.execute('insert into product (name, code) values (%s, %s) returning id', ('张三', ''))
             db.commit()

 if __name__ == '__main__':
     unittest.main()

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