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Openstack 与 SQLAlchemy

SQLAlchemy 是 Python 语言下的一款开源软件，它提供了 SQL 工具包以及对象关系映射器(ORM)。SQLAlchemy 主要分为两个部分：SQLAlchemy Core 和 SQLAlchemy ORM。

• 前者包括了 SQL 语言表达式/数据引擎/连接池等， 主要实现了：连接不同类型的数据库，提交查询和更新请求，定义数据库数据类型和定义 Schema 等功能。
• 后者提供了数据映射模式，将程序中的对象数据映射成数据库中的关系数据。但不可避免的会因为映射而降低程序效率。

SQLAlchemy 最大的好处在于，当数据从一中数据库管理器系统迁移到另外一种数据库管理系统时(EG. MySQL –> PostgreSQL)，Python 程序员可以不用修改或者修改少量配置文件后仍能正常运行。所以 SQLAlchemy 是 Python 语言中较为常用的一款数据库 ORM 工具，也是 Openstack 默认支持 ORM 工具。

本篇主要记录了，我们如何对数据库中 一对多 的关系表进行多表插入。

一个多表插入的 Demo

在这个 Demo 中定义了 Table: virtual_machines 和 Table:datastores。这两个实体对象之间的关系为：一个 VirtualMachine 可以对应拥有多个 Datastore 。

• Step 1: 在数据库初始化模块中中定义 Table virtual_machines 和 datastores

# octopunch/octopunch/db/sqlalchemy/migrate_repo/versions/001_octopunch_init.py

def define_tables(meta):
    virtual_machines = Table(
        'virtual_machines', meta,
        Column('uuid', String(length=45), primary_key=True, nullable=False),
        Column('vm_value', String(length=255)),
        Column('name', String(length=255)),
        mysql_engine='InnoDB'
    )

    datastores = Table(
        'datastores', meta,
        Column('uuid', String(length=45), primary_key=True, nullable=False),
        Column('ds_value', String(length=255)),
        Column('name', String(length=255)),
        Column('virtual_machine_uuid', String(length=45),
               ForeignKey('virtual_machines.uuid')),
        mysql_engine='InnoDB'
    )

NOTE： Table datastores 的外键值为 virtual_machines 的主键值

• Step 2: 在 SQLAlchemy 的 models 模块中定义对应的 class，并且将它们之间的关系设定为为一对多的关系
  数据库二维表中的一行记录成为了一个类，一个字段成为了一个类属性

# octopunch/octopunch/db/sqlalchemy/models.py
class VirtualMachine(BASE, OctopunchBase):
    """Represents the virtual machine list."""

    __tablename__ = 'virtual_machines'
    uuid = Colmn(String(45), primary_key=True, primary_key=True)
    vm_value = Column(String(255))
    name = Column(String(255))
    datastores = relationship('Datastore', backref='virtual_machines',
                              foreign_keys='Datastore.virtual_machine_uuid',
                              primaryjoin='VirtualMachine.uuid =='
                                          'Datastore.virtual_machine_uuid')


class Datastore(BASE, OctopunchBase):
    """Represents the datastore list."""

    __tablename__ = 'datastores'
    uuid = Colmn(String(45), primary_key=True, primary_key=True)
    ds_value = Column(String(45))
    name = Column(String(255))
    virtual_machine_uuid = Column(String(45),
                                  ForeignKey('virtual_machines.uuid'))

NOTE：SQLAlchemy 提供的 relationship() 函数用于定义表与表之间的关系，通过参数 foreign_keys 和 backref 指定了 Table virtual_machines 和 datastores 之间的关系为 双向的一对多关系 。
详见：SQLAlchemy_定义(一对一/一对多/多对多)关系

• Step 3: 定义 SQLAlchemy 的数据库操作接口函数, 这里定义了对 Table virtual_machines 的 create 操作
  NOTE：因为我们希望实现多表插入，即一次性插入两张表的数据，所以只要定义对一张表的 SQLAlchemy creae 函数即可。但这一函数必须是对应表示 ‘一’ 的一张表。
  EG.Table virtual_machines ：

# octopunch/octopunch/db/sqlalchemy/api.py

def _resource_refs(resource_dict, resource_class):
    resource_ref = resource_class()
    for k, v in resource_dict.items():
        resource_ref[k] = v
    return resource_ref


@require_context
def virtual_machine_create(context, values):
    datastores = values.pop('datastores')

    # 将键值对 'datastores': '...' 中的 Str(datastores) 类型对象替换为 models.Datastore(datastores) 对象
    values['datastores'] = [_resource_refs(datastore, models.Datastore)
                            for datastore in datastores]

    if not values.get('uuid'):
        values['uuid'] = str(uuid.uuid4())

    virtual_machine_ref = models.VirtualMachine()
    virtual_machine_ref.update(values)              # update 类 VirtualMachine 实例对象 virtual_machine_ref 的成员属性值

    session = get_session()
    with session.begin():
        session.add(virtual_machine_ref)
        return virtual_machine_ref

先看看，接口函数 virtual_machine_create(context, values) 中的形参 values 就是要写入到数据库中的数据。values 是一个 Dict 的数据类型对象。其 key 为数据库表的字段名， value 为字段对应的值。

一般来说，形参 values 的键值对元素和数据库表中的字段是相匹配的，个数也会相同。

但需要注意的是： 如果希望对 一对多 或 多对多 的关系表进行多表插入，那么就需要将表示为 ‘多’ 的一方的插入表数据也合并为存放于该 values 中一个键值对元素。
EXAMPLE: Table virtual_machines 的 values 格式

virtual_machine = {
                      'uuid': '<virtual_machine_uuid>',
                      'vm_value': '<virtual_machine_value>',
                      'name': '<virtual_machine_name>',
                      # 必须为 Table datastores 的 table_name
                      'datastores': '[
                                      {
                                           "name": "<datastore_1_name>",
                                           ...
                                      },
                                      {
                                           "name": "<datastore_2_name>",
                                           ...
                                      },
                                      ...
                                     ]'
                      }

为什么只需要按照这样的合适定义 values 就可以实现我们想要的结果呢？
是因为我们在 models 模块定义 class VirtualMachine 和 Datastore 时，指定了两者之间为 双向一对多 的关系，所以 SQLAlchemy 会在 VirtualMachine 中添加 datastores 成员属性。SQLAlchemy 会自动为该属性赋予上述字典中 virtual_machine['datastores'] 的值。
这个动作在语句 virtual_machine_ref.update(values)
处执行。

注意：请回过头在看看 Step 3 的代码实现。

• Step 4: 为 octopunch.octopunch.db.sqlalchemy.api.virtual_machine_create() 传入 values 的实参
  实际上你可以在任何地方，调用并为其传入实参 octopunch.octopunch.db.sqlalchemy.api.
virtual_machine_create()，所以这里就不给出实例代码了。
  可以参考： Openstack 通过 SQLAlchemy-ORM 访问数据库

小结

如何通过 SQLAlchemy 为 一对多 关系表进行多表插入?

• 需要在 models 模块中定义表的类，并指定表之间的关系
• 定义 SQLAlchemy 的操作接口函数时，只需要定义一张表对应的 create 函数即可
• create 函数的形参数 values 的格式遵守上述 EXAMPLE 的格式
• 在 create 函数中要实例化两张表对应在 models 模块中的类对象

本质上，该 Demo 就是对 SQLAlchemy 的一次 ORM 操作 —— 将对二维表的操作转化为对类对象操作的方式。
1. 实例化得到 models 模块中的表类对象。
2. 调用表类对象的 update 函数将需要写入到数据库中的数据更新到表类对象的成员属性值。
3. 创建连接数据库的 session 对象。
4. 调用 session.add() 将表类对象的成员属性值写入到数据库的二维表中。