Django3 个人开发笔记

查询函数

select_related 内连接

在 Django ORM 中，select_related 是一个查询性能优化工具，用于解决关联对象的查询效率问题。当你有两个通过外键（ForeignKey）或一对一字段（OneToOneField）连接的模型时，通常需要分别查询每个对象。

假设有两个模型 Author 和 Book，其中 Book 模型有一个外键指向 Author。如果你要获取所有书籍以及它们的作者信息，不使用 select_related 的话，默认情况下 Django 会为每本书生成单独的数据库查询去获取作者信息。这就造成了"N+1"查询问题 —— 对于 N 本书，你将得到 N+1 次数据库查询（1次查询所有书籍，N次分别查询每本书的作者）。

使用 select_related 则可以避免这个问题，它会通过 SQL 的 JOIN 语句一次性从相关联的表中预先获取数据，转换成你需要的对象。这样，无论你查询多少本书，只需要一次数据库查询就可以同时获取所有书籍和相应的作者信息。

以下是一个简单的示例，展示了没有使用和使用 select_related 的区别：

没有使用 select_related:

books = Book.objects.all()
for book in books:
    print(book.title, book.author.name) # 这里每次循环都会产生一个新的数据库查询来获取 author

使用 select_related:

books = Book.objects.select_related('author').all() # 使用 JOIN 语句提前获取所有作者信息
for book in books:
    print(book.title, book.author.name) # 不会产生额外的数据库查询

在上述使用 select_related 的例子中，Django 会生成一个更复杂的 SQL 查询，但总体上减少了数据库的访问次数，从而优化了性能。此方法适用于“贪婪加载”关联数据的场景，特别是当你知道你需要关联数据并且想减少数据库查询的数量时。

select_related 相当于 SQL 语言中的 JOIN 操作，特别是 INNER JOIN。当你在 Django ORM 中使用 select_related 方法时，它会生成一个包含 JOIN 子句的 SQL 查询，这个子句将主表（如 Book）和相关联的表（如 Author）连接起来，从而一次查询就能获取所有必要的数据。

例如，如果我们有以下两个模型：

class Author(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)
class Book(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=100)
    author = models.ForeignKey(Author, on_delete=models.CASCADE)

使用 select_related 的 Django 查询：

books = Book.objects.select_related('author').all()

这将生成类似如下的 SQL 语句：

SELECT book.id, book.title, author.id, author.name
FROM book
INNER JOIN author ON book.author_id = author.id;

在这条 SQL 语句中，INNER JOIN 将 book 表和 author 表连接起来，让你可以通过单个查询同时访问关联的 Book 和 Author 实例的字段。这避免了逐个获取作者信息的额外查询，大幅提高了效率，尤其是在处理大量数据的时候。

prefetch_related 外连接

在Django ORM中，select_related 默认使用 SQL 的 INNER JOIN。如果你需要执行一个 LEFT OUTER JOIN 来包含那些在关联表中没有匹配记录的主表记录，你应该使用 prefetch_related 方法，它通过两个单独的查询来模拟 LEFT OUTER JOIN 的行为，并且在 Python 代码中将它们组合起来。

不过，从Django 1.11版本开始，引入了 QuerySet 的 filter() 方法与 isnull 查找条件相结合的方式来实现类似于 LEFT OUTER JOIN 的查询：

Book.objects.filter(author__isnull=True)

这会生成类似于以下的SQL LEFT OUTER JOIN语句：

SELECT * FROM book LEFT OUTER JOIN author ON book.author_id = author.id WHERE author.id IS NULL;

如果你想要获取所有书籍及其作者，但是保持那些没有作者的书籍在结果集中，你可以如下操作：

from django.db.models import Prefetch
author_query = Author.objects.all()
books = Book.objects.prefetch_related(Prefetch('author', queryset=author_query))

上述代码首先会执行一次查询获取所有书籍，然后基于书籍中的外键关联的ID再执行第二次查询获取所有作者。在Python层面，Django会将这两个结果合并起来，模拟出 LEFT OUTER JOIN 的效果，并且即使有些书籍没有对应的作者信息，它们也会被包括在结果集中。

在某些情况下，你可以直接使用 annotate 结合 Count 或者 Case 和 When 等条件表达式来构造更复杂的 LEFT OUTER JOIN 类型的查询。

请注意，无论使用 prefetch_related 还是其他方法，Django都会试图以最优化的方式获取你请求的数据，但这些操作与用纯 SQL 直接编写的 LEFT OUTER JOIN 在底层执行上仍然是有差异的。