5.4. SQL vs ORM

Bazy danych są niezbędnym składnikiem większości aplikacji. Poniżej zwięźle pokażemy, w jaki sposób z wykorzystaniem Pythona można je obsługiwać przy użyciu modułu sqlite3 i języka SQL, jak i systemów ORM na przykładzie frameworku Peewee.

Informacja

Niniejszy materiał koncentruje się na poglądowym wyeksponowaniu różnic w kodowaniu, komentarz ograniczono do minimum. Dokładne wyjaśnienia poszczególnych instrukcji znajdziesz w materiale SQL oraz System ORM Peewee i System ORM SQLAlchemy.

5.4.1. Połączenie z bazą

Na początku pliku sql_raw.py umieszczamy kod, który importuje moduł do obsługi bazy SQLite3 i przygotowuje obiekt kursora, który posłuży nam do wydawania poleceń SQL:

Plik sql_raw.py. Kod nr

import sqlite3

# utworzenie połączenia z bazą przechowywaną w pamięci RAM
con = sqlite3.connect(':memory:')
# dostęp do kolumn przez indeksy i przez nazwy pól
con.row_factory = sqlite3.Row
# utworzenie obiektu kursora
cur = con.cursor()

System ORM Peewee inicjujemy w pliku orm_pw.py tworząc klasę bazową, która zapewni połączenie z bazą:

Plik orm_pw.py. Kod nr

from peewee import SqliteDatabase, Model
from peewee import CharField, ForeignKeyField

# tworzymy instancję klasy Database do obsługi bazy przechowywanej w pamięci RAM
baza = SqliteDatabase(':memory:')

# klasa bazowa dla modeli
class Base(Model):
    class Meta:
        database = baza

Informacja

Parametr :memory: powoduje utworzenie bazy danych w pamięci operacyjnej, która istnieje tylko w czasie wykonywania programu. Aby utworzyć trwałą bazę, zastąp omawiany parametr nazwę pliku, np. baza.db.

5.4.2. Model bazy

Dane w bazie zorganizowane są w tabelach połączonych relacjami. Aby utworzyć tabele klasa i uczen powiązane relacją jeden-do-wielu, musimy wydać następujące polecenia SQL:

Plik sql_raw.py. Kod nr

# tworzenie tabel
cur.executescript("""
    DROP TABLE IF EXISTS klasa;
    CREATE TABLE IF NOT EXISTS klasa (
        id INTEGER PRIMARY KEY,
        nazwa varchar(250) NOT NULL,
        profil varchar(250) DEFAULT ''
    );
    DROP TABLE IF EXISTS uczen;
    CREATE TABLE IF NOT EXISTS uczen (
        id INTEGER PRIMARY KEY,
        imie varchar(250) NOT NULL,
        nazwisko varchar(250) NOT NULL,
        klasa_id INTEGER NOT NULL,
        FOREIGN KEY(klasa_id) REFERENCES klasa(id)
    )""")

Wydawanie poleceń SQL-a wymaga znajomości składni tego języka. Systemy ORM, chociaż pozwalają na wykonywanie zapytań SQL, oferują manipulowanie obiektami, a nie tabelami. W powyższym kodzie zamiast tabel definiujemy więc modele, tj. klasy reprezentujące klasy i uczniów. Na podstawie właściwości modeli system ORM utworzy tabele i odpowiednie pola, tj. wygeneruje i wykona odpowiednie zapytania SQL.

Plik orm_pw.py. Kod nr

# klasy Klasa i Uczen opisują rekordy tabel "klasa" i "uczen" oraz relacje między nimi
class Klasa(Base):
    nazwa = CharField(null=False)
    profil = CharField(default='')


class Uczen(Base):
    imie = CharField(null=False)
    nazwisko = CharField(null=False)
    klasa = ForeignKeyField(Klasa, related_name='uczniowie')


baza.connect()  # nawiązujemy połączenie z bazą
baza.create_tables([Klasa, Uczen])  # tworzymy tabele

5.4.2.1. Ćwiczenie 1

Utwórz za pomocą powyższych skryptów bazy w plikach o nazwach sql_raw.db oraz orm_pw.db. Następnie otwórz te bazy w interpreterze Sqlite i wykonaj podane niżej polecenia. Porównaj struktury utworzonych tabel.

sqlite> .tables
sqlite> .schema

5.4.3. Dodawanie danych

Chcemy wstawić do naszych tabel dane dwóch klas oraz trzech uczniów. Korzystając z języka SQL użyjemy następujących poleceń:

Plik sql_raw.py. Kod nr

# dodajemy dwie klasy
cur.execute('INSERT INTO klasa VALUES(NULL,?,?)', ('1A', 'matematyczny'))
klasa1_id = cur.lastrowid
cur.execute('INSERT INTO klasa VALUES(NULL,?,?)', ('1B', 'humanistyczny'))
klasa2_id = cur.lastrowid

# lista uczniów, których dane zapisane są w krotkach
uczniowie = [
    ('Tomasz', 'Nowak', klasa1_id),
    ('Jan', 'Kos', klasa2_id),
    ('Piotr', 'Kowalski', klasa2_id)
]
# dodajemy dane wielu uczniów
cur.executemany('INSERT INTO uczen VALUES(NULL,?,?,?)', uczniowie)
con.commit()

Metoda kursora execute() pozwala wykonać pojedyncze zapytanie SQL. Metoda executemany() wykonuje jedno zapytanie dla danych podanych w liście krotek. Dane zapisane krotkach odpowiadają rekordom w tabeli. Znaki zapytania (zamienniki) w poleceniach SQL są zastępowane przez kolejne parametry przekazywane w krotkach.

W systemie ORM tworzymy obiekty (instancje) na podstawie klas modelu. Właściwości obiektów przekazujemy metodzie create(), która od razu tworzy rekord w bazie, lub konstruktorowi, po którym wywołujemy metodę save().

Plik orm_pw.py. Kod nr

# dodajemy dwie klasy
klasa1 = Klasa.create(nazwa='1A', profil='matematyczny')
klasa2 = Klasa(nazwa='1B', profil='humanistyczny')
klasa2.save()

# lista uczniów, których dane zapisane są w słownikach
uczniowie = [
    {'imie': 'Tomasz', 'nazwisko': 'Nowak', 'klasa': klasa1},
    {'imie': 'Jan', 'nazwisko': 'Kos', 'klasa': klasa2},
    {'imie': 'Piotr', 'nazwisko': 'Kowalski', 'klasa': klasa2}
]
# dodajemy dane wielu uczniów
Uczen.insert_many(uczniowie).execute()

Do dawania wielu rekordów używamy metody insert_many() modelu, która przyjmuje jako argument listę słowników opisujących właściwości kolejnych obiektów.

5.4.4. Pobieranie danych

Pobieranie danych (czyli kwerenda) wymaga polecenia SELECT języka SQL. Aby wyświetlić dane wszystkich uczniów zapisane w bazie użyjemy kodu:

Plik sql_raw.py. Kod nr

def wypisz_listę_uczniow():
    """ Odczytujemy i wypisujemy dane uczniów, w tym klasę"""
    cur.execute("SELECT count(*) FROM uczen")
    if (cur.fetchone()[0]):
        print('Uczniowie:')
        cur.execute(
            """
            SELECT uczen.id, imie, nazwisko, nazwa FROM uczen
            INNER JOIN klasa
            WHERE uczen.klasa_id=klasa.id
            """)
        uczniowie = cur.fetchall()
        for uczen in uczniowie:
            print(uczen['id'], uczen['imie'], uczen['nazwisko'], uczen['nazwa'])
        print()

wypisz_listę_uczniow()

Funkcja wypisz_liste_uczniow() na początku wykonuje zapytanie o liczbę rekordów w tabeli uczen. Jeżeli w tabeli są jakieś rekordy (if (cur.fetchone()[0]):), pobieramy informacje o wszystkich uczniach wykonując zapytanie SQL i wypisujemy je.

W systemie ORM korzystamy z metod modelu select().count(), aby sprawdzić, czy w tabeli uczen są jakieś dane. Jeżeli tak, wykorzystujemy metody select().join(), aby pobrać dane uczniów i klas, do których należą. W pętli for odczytujemy zwrócone obiekty i wypisujemy ich właściwości korzystając z notacji z kropką:

Plik orm_pw.py. Kod nr

def wypisz_listę_uczniow():
    """ Odczytujemy i wypisujemy dane uczniów, w tym klasę"""
    if Uczen.select().count():
        print('Uczniowie:')
        uczniowie = Uczen.select().join(Klasa)
        for uczen in uczniowie:
            print(uczen.id, uczen.imie, uczen.nazwisko, uczen.klasa.nazwa)
        print()
    else:
        print('Brak uczniów w bazie!')

wypisz_listę_uczniow()

5.4.5. Modyfikacja danych

Edycja danych zapisanych już w bazie to kolejna częsta operacja. Jeżeli chcemy przepisać ucznia do innej klasy, w przypadku SQL-a musimy pobrać identyfikator ucznia. To wymaga wykonania zapytania, np. SELECT id FROM uczen WHERE nazwisko="Nowak" i pobrania wartości pierwszego zwróconego obiektu: uczen_id = cur.fetchone()[0].

Podobnie uzyskujemy identyfikator klasy.

Na koniec używamy zapytania aktualizującego: UPDATE uczen SET klasa_id=? WHERE id=?, któremu podajemy w krotce identyfikator nowej klasy i ucznia.

Plik sql_raw.py. Kod nr

# przepisanie wybranego ucznia do innej klasy
cur.execute('SELECT id FROM uczen WHERE nazwisko=?', ('Nowak',))
uczen_id = cur.fetchone()[0]
cur.execute('SELECT id FROM klasa WHERE nazwa=?', ('1B',))
klasa_id = cur.fetchone()[0]
cur.execute('UPDATE uczen SET klasa_id=? WHERE id=?', (klasa_id, uczen_id))
wypisz_listę_uczniow()

W systemie ORM tworzymy obiekty reprezentujące ucznia i nową klasę. Następnie zmieniamy klasę ucznia, przypisując odpowiadającej właściwości obiekt nowej klasy (uczen.klasa = nowa_klasa).

Plik orm_pw.py. Kod nr

# zmiana klasy ucznia o identyfikatorze 2
uczen = Uczen.select().join(Klasa).where(Uczen.id == 2).get()
nowa_klasa = Klasa.select().where(Klasa.nazwa == '1A').get()
print('Zmieniam klasę ucznia:', uczen.imie, uczen.nazwisko, uczen.klasa.nazwa)
uczen.klasa = nowa_klasa
uczen.save()  # zapisanie zmian w bazie
wypisz_listę_uczniow()

5.4.6. Usuwanie danych

Usuwanie danych w języku SQL wymaga użycia klauzuli DELETE, która na podstawie podanych kryteriów wybiera i usuwa wybrany z tabeli rekord, np.:

Plik sql_raw.py. Kod nr

# usunięcie ucznia o identyfikatorze 1
cur.execute('DELETE FROM uczen WHERE id=?', (1,))
wypisz_listę_uczniow()

con.close()

W systemach ORM zazwyczaj na początku odczytujemy interesujący nas obiekt za pomocą metody select(), a następnie usuwamy za pomocą metody delete_instance().

Plik orm_pw.py. Kod nr

# usunięcie ucznia o identyfikatorze 1
uczen = Uczen.select().where(Uczen.id == 1).get()
print('Usuwam ucznia:', uczen.id, uczen.imie, uczen.nazwisko)
uczen.delete_instance()
wypisz_listę_uczniow()

baza.close()

Informacja

Po wykonaniu wszystkich założonych operacji na danych połączenie z bazą należy zamknąć, zwalniając w ten sposób zarezerwowane zasoby. W przypadku modułu sqlite3 wywołujemy polecenie con.close(), w Peewee baza.close().

5.4.7. Podsumowanie

Bazę danych można obsługiwać za pomocą języka SQL na niskim poziomie. Zyskujemy wtedy na szybkości działania, ale wymaga to znajomości SQL-a, a kod może być mniej czytelny, a jego rozwijanie trudniejsze. W bardziej rozbudowanych projektach zazwyczaj używamy systemów ORM, które pozwalają zarządzać danymi nie w formie tabel, pól i rekordów, ale w postaci obiektów reprezentujących modele, tj. klasy. Takie podejście odpowiada obiektowemu wzorcowi projektowania aplikacji.

Dodatkową zaletą systemów ORM jest większa odporność na błędy i ewentualne ataki na dane w bazie.

Systemy ORM można łatwo integrować z programami desktopowymi i frameworkami przeznaczonymi do tworzenia aplikacji sieciowych. Wśród tych ostatnich znajdziemy również takie, w których system ORM jest podstawowym składnikiem, np. Django.

5.4.8. Zadania

1. Wykonaj scenariusze aplikacji System ORM Peewee i/lub System ORM SQLAlchemy, aby poznać przykłady użycia systemów ORM.

2. Wykonaj scenariusz aplikacji internetowej Czat (cz. 1), zbudowanej z użyciem frameworku Django, korzystającego z własnego modelu ORM.

---

Materiały Python 101 udostępniane przez Centrum Edukacji Obywatelskiej na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowa.

Utworzony:

2026-05-30 o 19:12 w Sphinx 7.3.7

Autorzy:

Robert Bednarz