深入select_related与prefetch_related函数
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在数据库有外键的时候,使用select_related()和prefetch_related()可以很好的减少数据库请求的次数,从而提高性能.
下面是数据库设计图
models.py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
app名为"QSOptimize"
`qsoptimize_province` 表中只有2条数据:湖北省和广东省,`qsoptimize_city`表中只有三条数据:武汉市、十堰市和广州市
select_related()
对于一对一字段(OneToOneField)和外键字段(ForeignKey),可以使用select_related()来对QuerySet进行优化.
在对QuerySet使用select_related()函数后,Django会获取相应外键对应的对象,从而在之后需要的时候不必再查询数据库了。
一个例子:
>>> citys = City.objects.all()
>>> for c in citys:
... print c.province
这样会导致线性的SQL查询,SQL查询语句如下:
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 ;
使用select_related()函数后
>>> citys = City.objects.select_related().all()
>>> for c in citys:
... print c.province
就只有一次SQL查询,大大减少SQL查询次数
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`) ;
django使用了INNER JOIN来获得省份的信息.
使用方法
select_related() 接受可变长参数,每个参数是需要获取的外键(父表的内容)的字段名,以及外键的外键的字段名、外键的外键的外键…。若要选择外键的外键需要使用两个下划线“__”来连接。
例如获得张三的现居省份
>>> zhangs = Person.objects.select_related('living__province').get(firstname=u"张",lastname=u"三")
>>> zhangs.living.province
触发的SQL:
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` = '张' );
django使用了两次INNER JOIN来完成请求,但是未指定的外键则不会被添加到结果中,例如张三的故乡.
django1.7以前同时指定两个外键使用
zhangs = Person.objects.select_related('hometown__province','living__province').get(firstname=u"张",lastname=u"三")
1.7后使用
zhangs = Person.objects.select_related('hometown__province').select_related('living__province').get(firstname=u"张",lastname=u"三")
depth参数
select_related() 接受depth参数,depth参数可以确定select_related的深度。Django会递归遍历指定深度内的所有的OneToOneField和ForeignKey.
zhangs = Person.objects.select_related(depth = d)
d=1 相当于 select_related(‘hometown’,'living’)
d=2 相当于 select_related(‘hometown__province’,'living__province’)
无参数
select_related() 也可以不加参数,这样表示要求Django尽可能深的select_related。例如:zhangs = Person.objects.select_related().get(firstname=u”张”,lastname=u”三”)。但要注意两 点:
- Django本身内置一个上限,对于特别复杂的表关系,Django可能在你不知道的某处跳出递归,从而与你想的做法不一样。具体限制是怎么工作的我表示不清楚。
- Django并不知道你实际要用的字段有哪些,所以会把所有的字段都抓进来,从而会造成不必要的浪费而影响性能。
小结
- select_related主要针一对一和多对一关系进行优化。
- select_related使用SQL的JOIN语句进行优化,通过减少SQL查询的次数来进行优化、提高性能。
- 可以通过可变长参数指定需要select_related的字段名。也可以通过使用双下划线“__”连接字段名来实现指定的递归查询。没有指定的字段不会缓存,没有指定的深度不会缓存,如果要访问的话Django会再次进行SQL查询。
- 也可以通过depth参数指定递归的深度,Django会自动缓存指定深度内所有的字段。如果要访问指定深度外的字段,Django会再次进行SQL查询。
- 也接受无参数的调用,Django会尽可能深的递归查询所有的字段。但注意有Django递归的限制和性能的浪费。
- Django >= 1.7,链式调用的select_related相当于使用可变长参数。Django < 1.7,链式调用会导致前边的select_related失效,只保留最后一个。
prefetch_related()
对于多对多字段(ManyToManyField)和一对多(ForeignKey)字段,可以使用prefetch_related()来进行优化.
prefetch_related()和select_related()的设计目的很相似,都是为了减少SQL查询的数量,但是实现的方式不一样。后者 是通过JOIN语句,在SQL查询内解决问题。但是对于多对多关系,使用SQL语句解决就显得有些不太明智,因为JOIN得到的表将会很长,会导致SQL 语句运行时间的增加和内存占用的增加。若有n个对象,每个对象的多对多字段对应Mi条,就会生成Σ(n)Mi 行的结果表。
prefetch_related()的解决方法是,分别查询每个表,然后用Python处理他们之间的关系。
如果我们要获得张三所有去过的城市.
>>> zhangs = Person.objects.prefetch_related('visitation').get(firstname=u"张",lastname=u"三")
>>> for city in zhangs.visitation.all() :
... print city
...
触发如下SQL语句
SELECT `QSOptimize_person`.`id`, `QSOptimize_person`.`firstname`,
`QSOptimize_person`.`lastname`, `QSOptimize_person`.`hometown_id`, `QSOptimize_person`.`living_id`
FROM `QSOptimize_person`
WHERE (`QSOptimize_person`.`lastname` = '三' AND `QSOptimize_person`.`firstname` = '张'); SELECT (`QSOptimize_person_visitation`.`person_id`) AS `_prefetch_related_val`, `QSOptimize_city`.`id`,
`QSOptimize_city`.`name`, `QSOptimize_city`.`province_id`
FROM `QSOptimize_city`
INNER JOIN `QSOptimize_person_visitation` ON (`QSOptimize_city`.`id` = `QSOptimize_person_visitation`.`city_id`)
WHERE `QSOptimize_person_visitation`.`person_id` IN (1);
第一条SQL查询仅仅是获取张三的Person对象,第二条比较关键,它选取关系表`QSOptimize_person_visitation`中`person_id`为张三的行,然后和`city`表内联(INNER JOIN 也叫等值连接)得到结果表.
或者我们要获得湖北的所有城市名
>>> hb = Province.objects.prefetch_related('city_set').get(name__iexact=u"湖北省")
>>> for city in hb.city_set.all():
... city.name
SQL如下:
SELECT `QSOptimize_province`.`id`, `QSOptimize_province`.`name`
FROM `QSOptimize_province`
WHERE `QSOptimize_province`.`name` LIKE '湖北省' ; SELECT `QSOptimize_city`.`id`, `QSOptimize_city`.`name`, `QSOptimize_city`.`province_id`
FROM `QSOptimize_city`
WHERE `QSOptimize_city`.`province_id` IN (1);
例如要获得所有姓张的人去过的省:
>>> zhangs = Person.objects.prefetch_related('visitation__province').filter(firstname__iexact=u'张')
>>> for i in zhangs:
... for city in i.visitation.all():
... print city.province
要注意的是,在使用QuerySet的时候,一旦在链式操作中改变了数据库请求,之前用prefetch_related缓存的数据将会被忽略掉。这会导 致Django重新请求数据库来获得相应的数据,从而造成性能问题。这里提到的改变数据库请求指各种filter()、exclude()等等最终会改变 SQL代码的操作。而all()并不会改变最终的数据库请求,因此是不会导致重新请求数据库的。
plist = Person.objects.prefetch_related('visitation')
[p.visitation.filter(name__icontains=u"市") for p in plist]
虽然已经查询结果中包含所有所需的city的信息,但因为在循环体中对Person.visitation进行了filter操作,这显然改变了数据库请求。因此这些操作会忽略掉之前缓存到的数据,重新进行SQL查询。
在Django小于1.7的版本
plist = Person.objects.prefetch_related('visitation')
[[city for city in p.visitation.all() if u"市" in city.name] for p in plist]
在Django>1.7的版本
获取所有人访问过的城市中带有“武”字和“州”的城市:
wus = City.objects.filter(name__icontains = u"武")
zhous = City.objects.filter(name__icontains = u"州")
plist = Person.objects.prefetch_related(
Prefetch('visitation', queryset = wus, to_attr = "wu_city"),
Prefetch('visitation', queryset = zhous, to_attr = "zhou_city"),)
[p.wu_city for p in plist]
[p.zhou_city for p in plist]
None
可以通过传入一个None来清空之前的prefetch_related。就像这样:
prefetch_cleared_qset = qset.prefetch_related(None)
select_related()的效率要高于prefetch_related()。因此,最好在能用select_related()的地方尽量使用它,也就是说,对于ForeignKey字段,避免使用prefetch_related()。
查询家乡是湖北的人
普通做法1
>>> hb = Province.objects.get(name__iexact=u"湖北省")
>>> people = []
>>> for city in hb.city_set.all():
... people.extend(city.birth.all())
pre做法
>>> hb = Province.objects.prefetch_related("city_set__birth").objects.get(name__iexact=u"湖北省")
>>> people = []
>>> for city in hb.city_set.all():
... people.extend(city.birth.all())
select做法
people = list(Person.objects.select_related("hometown__province").filter(hometown__province__name__iexact=u"湖北省"))
例子2:
一个订单表:
class Order(models.Model):
customer = models.ForeignKey(Person)
orderinfo = models.CharField(max_length=50)
time = models.DateTimeField(auto_now_add = True)
def __unicode__(self):
return self.orderinfo
如果我们拿到了一个订单的id 我们要知道这个订单的客户去过的省份。因为有ManyToManyField显然必须要用prefetch_related().
>>> plist = Order.objects.prefetch_related('customer__visitation__province').get(id=1)
>>> for city in plist.customer.visitation.all():
... print city.province.name
显然,关系到了4个表:Order、Person、City、Province,根据prefetch_related()的特性就得有4次SQL查询.
更好的办法是先调用一次select_related()再调用prefetch_related(),最后再select_related()后面的表.
>>> plist = Order.objects.select_related('customer').prefetch_related('customer__visitation__province').get(id=1)
>>> for city in plist.customer.visitation.all():
... print city.province.name
值得注意的是,可以在调用prefetch_related之前调用select_related,并且Django会按照你想的去做:先 select_related,然后利用缓存到的数据prefetch_related。然而一旦prefetch_related已经调 用,select_related将不起作用
小结
- 因为select_related()总是在单次SQL查询中解决问题,而prefetch_related()会对每个相关表进行SQL查询,因此select_related()的效率通常比后者高。
- 鉴于第一条,尽可能的用select_related()解决问题。只有在select_related()不能解决问题的时候再去想prefetch_related()。
- 你可以在一个QuerySet中同时使用select_related()和prefetch_related(),从而减少SQL查询的次数。
- 只有prefetch_related()之前的select_related()是有效的,之后的将会被无视掉。
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