Django模型验证器详解和源码分析

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在Django的模型字段参数中，有一个参数叫做validators，这个参数是用来指定当前字段需要使用的验证器，也就是对字段数据的合法性进行验证，比如大小、类型等。

Django的验证器可以分为模型相关的验证器和表单相关的验证器，它们基本类似，但在使用上有区别。

本文讨论的是模型相关的验证器。

一、自定义验证器

一个验证器其实就是一个可调用的对象（函数或类），接收一个初始输入值作为参数，对这个值进行一系列逻辑判断，如果不满足某些规则或者条件，则表示验证不通过，抛出一个ValidationError异常。如果满足条件则通过验证，不返回任何内容（也就是默认的return None），可以继续下一步。

验证器具有重要作用，可以被重用在别的字段上，是工具类型的逻辑封装。

下面是一个验证器的例子，它只允许偶数通过验证：

from django.core.exceptions import ValidationError

from django.utils.translation import gettext_lazy as _

def validate_even(value):

    if value % 2 != 0:

        raise ValidationError(

            _('%(value)s is not an even number'),

            params={'value': value},

        )

通过下面的方式，将偶数验证器应用在字段上：

from django.db import models

class MyModel(models.Model):

    even_field = models.IntegerField(validators=[validate_even])

因为验证器运行之前，（输入的）数据会被转换为 Python 对象，因此我们可以将同样的验证器用在 Django form 表单中（事实上Django为表单提供了另外一些验证器）：

from django import forms

class MyForm(forms.Form):

    even_field = forms.IntegerField(validators=[validate_even])

你还可以通过Python的魔法方法__cal__()编写更复杂的可配置的验证器，比如Django内置的RegexValidator验证器就是这么干的。

验证器也可以是一个类，但这时候就比较复杂了，需要确保它可以被迁移框架序列化，确保编写了deconstruction()和__eq__()方法。这种做法很难找到参考文献和博文，要靠自己摸索或者研究DJango源码。

二、工作机制

让我们来测试一下上面写的验证器：

>>> from .models import MyModel

>>> a = MyModel.objects.create(even_field=3)

>>> a

<MyModel: MyModel object (1)>

>>> a.even_field

3

什么？！！！不是说只有偶数才能通过验证吗？这里我提供了数字3，可是为什么创建成功了？？

我们接着在admin站点中注册MyModel模型，然后在图形化界面后台中创建MyModel的实例，你会发现这个时候验证器起作用了，奇数是无法通过表单验证的！

为什么会这样？？

这就要从Django的源码说起！

Django是这么设计的：

模型的验证器不会在调用save()方法的时候自动执行
表单的验证器会在调用save()方法的时候自动执行

为什么这么设计？个人猜测，Django官方为了序列化、链式调用等功能的兼容性，没有自动进行验证操作。

这个设计在源码中是怎么体现的？

Django的模型相关源码中，没有is_valid()方法，也不会自动调用full_clean() 方法，所以Django不会自动进行模型验证。但是它依然提供了四个重要的验证方法，也就是full_clean() 、clean_fields() 、clean() 和validate_unique()，一会细说
Django的表单系统forms的相关源码中，表单在save之前会自动执行一个is_valid()方法，这个方法里会调用验证器。

表单的内容在其它章节中讲解。

下面介绍Django模型的验证步骤和四个方法：

模型验证的步骤：

如果你手动调用了full_clean()方法，那么会依次自动调用下面的三个方法
clean_fields()：验证各个字段的合法性
clean()：验证模型级别的合法性
validate_unique()：验证字段的独一无二性

本质上，后面三个方法是具体实现，full_clean()是领头羊，实际操作中，你完全可以具体使用其中一个或多个。用了full_clean()就等于后面三个都用。

full_clean()

签名：Model.full_clean(exclude=None, validate_unique=True)

exclude用于指定某些字段不进行验证，也就是所谓的例外字段
validate_unique用于指定是否调用validate_unique()方法

让我们看下它的源代码：

    def full_clean(self, exclude=None, validate_unique=True):

        errors = {}

        if exclude is None:

            exclude = []

        else:

            exclude = list(exclude)

        try:

            self.clean_fields(exclude=exclude)    #1

        except ValidationError as e:

            errors = e.update_error_dict(errors)

        try:

            self.clean()    #2

        except ValidationError as e:

            errors = e.update_error_dict(errors)

        if validate_unique:

            for name in errors:

                if name != NON_FIELD_ERRORS and name not in exclude:

                    exclude.append(name)

            try:

                self.validate_unique(exclude=exclude)   #3

            except ValidationError as e:

                errors = e.update_error_dict(errors)

        if errors:

            raise ValidationError(errors)

可以看出，它依次调用了其它三个方法，如果最后的errors中有内容，则抛出ValidationError异常。

我们最好不要去修改full_clean()方法的源代码，一般也不用重写它，直接调用即可。

模型的save()方法不会自动调用full_clean()方法，你必须手动调用。

如果调用验证器后，抛出ValidationError异常，Django会将所有的异常信息放置在e.message_dict字典中供使用。比如下面的例子：

# 在视图中我们可以这么做

from django.core.exceptions import ValidationError

try:

    article.full_clean()

except ValidationError as e:

    # 在这里做一些异常处理操作

    pass

在模型定义中我们可以如下重写save()方法，实现自动验证功能，不需要在视图中反复调用了：

# models.py

from django.core.exceptions import ValidationError

from django.utils.translation import gettext_lazy as _

def validate_even(value):

    if value % 2 != 0:

        raise ValidationError(

            _('%(value)s is not an even number'),

            params={'value': value},

        )

from django.db import models

class MyModel(models.Model):

    even_field = models.IntegerField(validators=[validate_even])

    def save(self, *args, **kwargs):   # 重写save方法是关键

        try:

            self.full_clean()

            super().save(*args, **kwargs)

        except ValidationError as e:

            print('模型验证没通过： %s' % e.message_dict)

执行过程展示：

>>> from .models import MyModel

>>> a = MyModel.objects.create(even_field=5)

模型验证没通过：  {'even_field': ['5 is not an even number']}

这样，我们就实现了自动的模型验证。

小技巧：可以通过打印e来查看，Django怎么封装的错误信息，给我们提供了哪些键值，比如上例中，我们可以使用e.message_dict['even_field']。

clean_fields()

签名：Model.clean_fields(exclude=None)

参数同上，看下它的源代码：

    def clean_fields(self, exclude=None):

        if exclude is None:

            exclude = []

        errors = {}

        for f in self._meta.fields:

            if f.name in exclude:

                continue

            raw_value = getattr(self, f.attname)

            if f.blank and raw_value in f.empty_values:

                continue

            try:

                setattr(self, f.attname, f.clean(raw_value, self))  #核心是这一句

            except ValidationError as e:

                errors[f.name] = e.error_list

        if errors:

            raise ValidationError(errors)

我们最好也不要去修改和重写它的源代码。

这个方法本质上就是循环模型中的所有字段，找出其中定义了验证器的那些，并执行它们。

我们前面自定义的偶数验证器，其实就是在这里被调用的。

clean()

这个方法很特别，我们看看它的源代码：

    def clean(self):

        """

        Hook for doing any extra model-wide validation after clean() has been

        called on every field by self.clean_fields. Any ValidationError raised

        by this method will not be associated with a particular field; it will

        have a special-case association with the field defined by NON_FIELD_ERRORS.

        """

        pass

什么都没有！实际上，这个方法是给你留了个钩子，你需要重写它，然后在里面编写模型级别的验证，比如修改模型的属性，以及跨字段相关的验证逻辑。

下面我们通过一个例子来展示它的用法：

import datetime

from django.core.exceptions import ValidationError

from django.db import models

from django.utils.translation import gettext_lazy as _

class Article(models.Model):

    content = models.TextField()

    status = models.CharField(max_length=32)

    pub_date = models.DateField(blank=True, null=True)

    def clean(self):

        # 不允许草稿文章具有发布日期字段

        if self.status == '草稿' and self.pub_date is not None:

            raise ValidationError(_('草稿文章尚未发布，不应该有发布日期！'))

        # 如果已发布的文章还没有设置发布日期，则将发布日期设置为当天

        if self.status == '已发布' and self.pub_date is None:

            self.pub_date = datetime.date.today()

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说明：

gettext_lazy在这里无关紧要
在Article模型中重写了clean方法，它不需要接受其它参数
第一个if判断，不允许草稿文章具有发布日期字段。如果你提供了，对不起，抛出ValidationError异常
第二个if判断，如果已发布的文章还没有设置发布日期，则将发布日期设置为当天
这是一个跨字段的，全局性的验证方法，它不像我们一开始自定义的验证器那样，不是作为一个验证器参数进行提供，而是写在clean方法中了，一定要注意区别。

clean()方法写好了，我们就可以在Article模型中重写save()方法了：

    def save(self, *args, **kwargs):

        from django.core.exceptions import NON_FIELD_ERRORS

        try:

            self.full_clean()

            super().save(*args, **kwargs)

        except ValidationError as e:

            print('验证没通过： %s' % e.message_dict[NON_FIELD_ERRORS])

注意：这里我们导入了NON_FIELD_ERRORS，在最后打印了e.message_dict[NON_FIELD_ERRORS]，这是为什么呢？

因为，clean()中编写的都是模型级别、跨字段的验证方法，没有具体和某个字段绑定，所以Django提供了一个NON_FIELD_ERRORS关键字，用来说明这不是某个字段引起的异常，而是非字段相关的错误。

如果你非要将错误定位到某个具体的字段，也不是不可以的，如下例子所示：

class Article(models.Model):

    ...

    def clean(self):

        if self.status == '草稿' and self.pub_date is not None:

            raise ValidationError({'pub_date': _('草稿文章尚未发布，不应该有发布日期！')})

        ...

甚至，你可以如下方式，映射字段和错误信息：

raise ValidationError({

    'title': ValidationError(_('Missing title.'), code='required'),

    'pub_date': ValidationError(_('Invalid date.'), code='invalid'),

})

这些技巧，本质上就是给ValidationError异常类提供信息参数。

validate_unique()

签名：Model.validate_unique(exclude=None)

它的源代码也很简单：

    def validate_unique(self, exclude=None):

        unique_checks, date_checks = self._get_unique_checks(exclude=exclude)

        errors = self._perform_unique_checks(unique_checks)

        date_errors = self._perform_date_checks(date_checks)

        for k, v in date_errors.items():

            errors.setdefault(k, []).extend(v)

        if errors:

            raise ValidationError(errors)

这个方法类似clean_fields()，只不过它只用来验证模型中的唯一性约束是否满足，而不是字段的值是否满足验证需求。

如果你提供了exclude参数，那么该参数包含的所有字段都不会进行唯一性验证。

我们最好也不要去修改和重写它的源代码。

总结

Django中模型验证器的使用套路：

编写字段级别的验证器，在字段中作为参数指定
或者编写clean()方法，实现模型级别、跨字段的验证功能
重写save()方法，调用full_clean()，实现全自动的验证
或者在视图中，通过模型实例调用full_clean()方法，实现手动验证

三、内置验证器

验证器的作用很重要，需求也很广泛，Django为此内置了一些验证器，我们直接拿来使用即可：

RegexValidator

这是正则匹配验证器。用于对输入的值进行正则搜索，如果命中，则平安无事，如果没命中则弹出 ValidationError 异常。

数字签名：class RegexValidator(regex=None, message=None, code=None, inverse_match=None, flags=0)

参数说明：

regex：用于匹配的正则表达式
message：自定义异常错误信息。默认是"Enter a valid value"
code：自定义错误码。默认是"invalid"
inverse_match：将通过和不通过验证的判断逻辑反转。也就是未命中则平安，命中则出错。
flags：编译正则表达式时使用的正则flags。默认为0。

EmailValidator

数字签名：class EmailValidator(message=None, code=None, whitelist=None)

邮件格式验证器。

参数说明：

message: 自定义错误信息，默认为 "Enter a valid email address"。
code：自定义错误码，默认为"invalid"。
whitelist：邮件域名白名单，默认为['localhost']。

URLValidator

数字签名：class URLValidator(schemes=None, regex=None, message=None, code=None)

RegexValidator的子类，用于验证url的格式是否正确。

schemes：指定URL/URI的协议模式，默认值为['http', 'https', 'ftp', 'ftps']

validate_email

EmailValidator的一个实例，未做任何自定义。

validate_slug

一个确保输入值是字母、数字、下划线和连字符组合的RegexValidator的实例。

validate_unicode_slug

上面的Unicode编码版本

validate_ipv4_address

一个RegexValidator的实例，用于判断输入值是否为ipv4格式

validate_ipv6_address

上面的ipv6版本

validate_ipv46_address

同时支持ipv4和ipv6

validate_comma_separated_integer_list

判断输入是否是一个以逗号分隔的数字列表，一个RegexValidator的实例。

int_list_validator

数字签名：int_list_validator(sep=', ', message=None, code='invalid', allow_negative=False)

判断一个由数字组成的字符串是否以指定的sep分隔。allow_negative用于反转判断逻辑。

MaxValueValidator

签名：class MaxValueValidator(limit_value, message=None)

是否超过指定最大值

MinValueValidator

签名：class MinValueValidator(limit_value, message=None)

是否小于指定的最小值

MaxLengthValidator

签名：class MaxLengthValidator(limit_value, message=None)

输入值的长度是否超过限定值

MinLengthValidator

输入值的长度是否小于限定值

DecimalValidator

签名：lass DecimalValidator(max_digits, decimal_places)

数字验证器。当发生下面情况时弹出异常：

输入值超过max_digits
输入值的位数超过decimal_places
输入值大于最大位数与小数位数之差。（待确认）

FileExtensionValidator

签名：class FileExtensionValidator(allowed_extensions, message, code)

文件扩展名不在合法性列表中。合法性列表通过参数allowed_extensions指定。

validate_image_file_extension

通过pillow库确定一个图片文件的扩展名是合法的

ProhibitNullCharactersValidator

签名：class ProhibitNullCharactersValidator(message=None, code=None)

对输入值进行 str(value) 操作，转换成字符串，然后如果这个字符串中包含1个以上的空字符'\x00'，则验证失败。

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