利用Django框架中select_related和prefetch_related函数对数据库查询优化

发表于 5年以前  | 总阅读数:836 次

实例的背景说明

假定一个个人信息系统,需要记录系统中各个人的故乡、居住地、以及到过的城市。数据库设计如下:

201541150650059.jpg \(591×250\)

Models.py 内容如下:


    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

注1:创建的app名为"QSOptimize"

注2:为了简化起见,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

如果我们想要获得所有家乡是湖北的人,最无脑的做法是先获得湖北省,再获得湖北的所有城市,最后获得故乡是这个城市的人。就像这样:


    >>> hb = Province.objects.get(name__iexact=u"湖北省")
    >>> people = []
    >>> for city in hb.city_set.all():
    ... people.extend(city.birth.all())
    ...

显然这不是一个明智的选择,因为这样做会导致1+(湖北省城市数)次SQL查询。反正是个反例,导致的查询和获得掉结果就不列出来了。
prefetch_related() 或许是一个好的解决方法,让我们来看看。


    >>> 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())
    ...

因为是一个深度为2的prefetch,所以会导致3次SQL查询:


    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);

    SELECT `QSOptimize_person`.`id`, `QSOptimize_person`.`firstname`, `QSOptimize_person`.`lastname`,
    `QSOptimize_person`.`hometown_id`, `QSOptimize_person`.`living_id`
    FROM `QSOptimize_person`
    WHERE `QSOptimize_person`.`hometown_id` IN (1, 3);

嗯…看上去不错,但是3次查询么?倒过来查询可能会更简单?


    >>> people = list(Person.objects.select_related("hometown__province").filter(hometown__province__name__iexact=u"湖北省"))

    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`.`hometown_id` = `QSOptimize_city`.`id`)
    INNER JOIN `QSOptimize_province` ON (`QSOptimize_city`.`province_id` = `QSOptimize_province`.`id`)
    WHERE `QSOptimize_province`.`name` LIKE '湖北省';

    +----+-----------+----------+-------------+-----------+----+--------+-------------+----+--------+
    | id | firstname | lastname | hometown_id | living_id | id | name | province_id | id | name |
    +----+-----------+----------+-------------+-----------+----+--------+-------------+----+--------+
    | 1 | 张  | 三  |   3 |   1 | 3 | 十堰市 |   1 | 1 | 湖北省 |
    | 2 | 李  | 四  |   1 |   3 | 1 | 武汉市 |   1 | 1 | 湖北省 |
    | 3 | 王  | 麻子  |   3 |   2 | 3 | 十堰市 |   1 | 1 | 湖北省 |
    +----+-----------+----------+-------------+-----------+----+--------+-------------+----+--------+
    3 rows in set (0.00 sec)

完全没问题。不仅SQL查询的数量减少了,python程序上也精简了。
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()。
联用
对于同一个QuerySet,你可以同时使用这两个函数。
在我们一直使用的例子上加一个model:Order (订单)


    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()。如果只用prefetch_related()会怎样呢?


    >>> 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


    SELECT `QSOptimize_order`.`id`, `QSOptimize_order`.`customer_id`, `QSOptimize_order`.`orderinfo`, `QSOptimize_order`.`time`
    FROM `QSOptimize_order`
    WHERE `QSOptimize_order`.`id` = 1 ;

    SELECT `QSOptimize_person`.`id`, `QSOptimize_person`.`firstname`, `QSOptimize_person`.`lastname`, `QSOptimize_person`.`hometown_id`, `QSOptimize_person`.`living_id`
    FROM `QSOptimize_person`
    WHERE `QSOptimize_person`.`id` IN (1);

    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);

    SELECT `QSOptimize_province`.`id`, `QSOptimize_province`.`name`
    FROM `QSOptimize_province`
    WHERE `QSOptimize_province`.`id` IN (1, 2);

    +----+-------------+---------------+---------------------+
    | id | customer_id | orderinfo  | time    |
    +----+-------------+---------------+---------------------+
    | 1 |   1 | Info of Order | 2014-08-10 17:05:48 |
    +----+-------------+---------------+---------------------+
    1 row in set (0.00 sec)

    +----+-----------+----------+-------------+-----------+
    | id | firstname | lastname | hometown_id | living_id |
    +----+-----------+----------+-------------+-----------+
    | 1 | 张  | 三  |   3 |   1 |
    +----+-----------+----------+-------------+-----------+
    1 row in set (0.00 sec)

    +-----------------------+----+--------+-------------+
    | _prefetch_related_val | id | name | province_id |
    +-----------------------+----+--------+-------------+
    |      1 | 1 | 武汉市 |   1 |
    |      1 | 2 | 广州市 |   2 |
    |      1 | 3 | 十堰市 |   1 |
    +-----------------------+----+--------+-------------+
    3 rows in set (0.00 sec)

    +----+--------+
    | id | name |
    +----+--------+
    | 1 | 湖北省 |
    | 2 | 广东省 |
    +----+--------+
    2 rows in set (0.00 sec)

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
    ...

这样只会有3次SQL查询,Django会先做select_related,之后prefetch_related的时候会利用之前缓存的数据,从而避免了1次额外的SQL查询:


    SELECT `QSOptimize_order`.`id`, `QSOptimize_order`.`customer_id`, `QSOptimize_order`.`orderinfo`, 
    `QSOptimize_order`.`time`, `QSOptimize_person`.`id`, `QSOptimize_person`.`firstname`, 
    `QSOptimize_person`.`lastname`, `QSOptimize_person`.`hometown_id`, `QSOptimize_person`.`living_id` 
    FROM `QSOptimize_order` 
    INNER JOIN `QSOptimize_person` ON (`QSOptimize_order`.`customer_id` = `QSOptimize_person`.`id`) 
    WHERE `QSOptimize_order`.`id` = 1 ;

    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);

    SELECT `QSOptimize_province`.`id`, `QSOptimize_province`.`name` 
    FROM `QSOptimize_province` 
    WHERE `QSOptimize_province`.`id` IN (1, 2);

    +----+-------------+---------------+---------------------+----+-----------+----------+-------------+-----------+
    | id | customer_id | orderinfo  | time    | id | firstname | lastname | hometown_id | living_id |
    +----+-------------+---------------+---------------------+----+-----------+----------+-------------+-----------+
    | 1 |   1 | Info of Order | 2014-08-10 17:05:48 | 1 | 张  | 三  |   3 |   1 |
    +----+-------------+---------------+---------------------+----+-----------+----------+-------------+-----------+
    1 row in set (0.00 sec)

    +-----------------------+----+--------+-------------+
    | _prefetch_related_val | id | name | province_id |
    +-----------------------+----+--------+-------------+
    |      1 | 1 | 武汉市 |   1 |
    |      1 | 2 | 广州市 |   2 |
    |      1 | 3 | 十堰市 |   1 |
    +-----------------------+----+--------+-------------+
    3 rows in set (0.00 sec)

    +----+--------+
    | id | name |
    +----+--------+
    | 1 | 湖北省 |
    | 2 | 广东省 |
    +----+--------+
    2 rows in set (0.00 sec)

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

  1. 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。
  2. 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()。
  3. 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。
  4. 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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