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：

Models.py 内容如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
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

prefetch_related()

对于多对多字段（ManyToManyField）和一对多字段，可以使用prefetch_related()来进行优化。或许你会说，没有一个叫OneToManyField的东西啊。实际上 ，ForeignKey就是一个多对一的字段，而被ForeignKey关联的字段就是一对多字段了。

作用和方法

prefetch_related()和select_related()的设计目的很相似，都是为了减少SQL查询的数量，但是实现的方式不一样。后者是通过JOIN语句，在SQL查询内解决问题。但是对于多对多关系，使用SQL语句解决就显得有些不太明智，因为JOIN得到的表将会很长，会导致SQL语句运行时间的增加和内存占用的增加。若有n个对象，每个对象的多对多字段对应Mi条，就会生成Σ(n)Mi 行的结果表。

prefetch_related()的解决方法是，分别查询每个表，然后用Python处理他们之间的关系。继续以上边的例子进行说明，如果我们要获得张三所有去过的城市，使用prefetch_related()应该是这么做：

1
2
3
4
>>> zhangs = Person.objects.prefetch_related('visitation').get(firstname=u"张",lastname=u"三")
>>> for city in zhangs.visitation.all() :
...  print city
...

上述代码触发的SQL查询如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
SELECT `QSOptimize_person`.`id`, `QSOptimize_person`.`firstname`,
`QSOptimize_person`.`lastname`, `QSOptimize_person`.`hometown_id`, `QSOptimize_person`.`living_id`
FROM `QSOptimize_person`
WHERE (`QSOptimize_person`.`lastname` = '三' AND `QSOptimize_person`.`firstname` = '张');
  
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);

第一条SQL查询仅仅是获取张三的Person对象，第二条比较关键，它选取关系表`QSOptimize_person_visitation`中`person_id`为张三的行，然后和`city`表内联（INNER JOIN 也叫等值连接）得到结果表。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
+----+-----------+----------+-------------+-----------+
| 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)

显然张三武汉、广州、十堰都去过。

又或者，我们要获得湖北的所有城市名，可以这样：

1
2
3
4
>>> hb = Province.objects.prefetch_related('city_set').get(name__iexact=u"湖北省")
>>> for city in hb.city_set.all():
...  city.name
...

触发的SQL查询：

1
2
3
4
5
6
7
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);

得到的表：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
+----+-----------+
| id | name   |
+----+-----------+
| 1 | 湖北省  |
+----+-----------+
1 row in set (0.00 sec)
  
+----+-----------+-------------+
| id | name   | province_id |
+----+-----------+-------------+
| 1 | 武汉市  |      1 |
| 3 | 十堰市  |      1 |
+----+-----------+-------------+
2 rows in set (0.00 sec)

我们可以看见，prefetch使用的是 IN 语句实现的。这样，在QuerySet中的对象数量过多的时候，根据数据库特性的不同有可能造成性能问题。

使用方法
*lookups 参数

prefetch_related()在Django < 1.7 只有这一种用法。和select_related()一样，prefetch_related()也支持深度查询，例如要获得所有姓张的人去过的省：

1
2
3
4
5
>>> zhangs = Person.objects.prefetch_related('visitation__province').filter(firstname__iexact=u'张')
>>> for i in zhangs:
...  for city in i.visitation.all():
...   print city.province
...

触发的SQL：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
SELECT `QSOptimize_person`.`id`, `QSOptimize_person`.`firstname`,
`QSOptimize_person`.`lastname`, `QSOptimize_person`.`hometown_id`, `QSOptimize_person`.`living_id`
FROM `QSOptimize_person`
WHERE `QSOptimize_person`.`firstname` LIKE '张' ;
  
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, 4);
  
SELECT `QSOptimize_province`.`id`, `QSOptimize_province`.`name`
FROM `QSOptimize_province`
WHERE `QSOptimize_province`.`id` IN (1, 2);

获得的结果：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
+----+-----------+----------+-------------+-----------+
| id | firstname | lastname | hometown_id | living_id |
+----+-----------+----------+-------------+-----------+
| 1 | 张    | 三    |      3 |     1 |
| 4 | 张    | 六    |      2 |     2 |
+----+-----------+----------+-------------+-----------+
2 rows in set (0.00 sec)
  
+-----------------------+----+-----------+-------------+
| _prefetch_related_val | id | name   | province_id |
+-----------------------+----+-----------+-------------+
|           1 | 1 | 武汉市  |      1 |
|           1 | 2 | 广州市  |      2 |
|           4 | 2 | 广州市  |      2 |
|           1 | 3 | 十堰市  |      1 |
+-----------------------+----+-----------+-------------+
4 rows in set (0.00 sec)
  
+----+-----------+
| id | name   |
+----+-----------+
| 1 | 湖北省  |
| 2 | 广东省  |
+----+-----------+
2 rows in set (0.00 sec)

值得一提的是，链式prefetch_related会将这些查询添加起来，就像1.7中的select_related那样。

要注意的是，在使用QuerySet的时候，一旦在链式操作中改变了数据库请求，之前用prefetch_related缓存的数据将会被忽略掉。这会导致Django重新请求数据库来获得相应的数据，从而造成性能问题。这里提到的改变数据库请求指各种filter()、exclude()等等最终会改变SQL代码的操作。而all()并不会改变最终的数据库请求，因此是不会导致重新请求数据库的。

举个例子，要获取所有人访问过的城市中带有“市”字的城市，这样做会导致大量的SQL查询：

1
2
plist = Person.objects.prefetch_related('visitation')
[p.visitation.filter(name__icontains=u"市") for p in plist]

因为数据库中有4人，导致了2+4次SQL查询：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
SELECT `QSOptimize_person`.`id`, `QSOptimize_person`.`firstname`, `QSOptimize_person`.`lastname`,
`QSOptimize_person`.`hometown_id`, `QSOptimize_person`.`living_id`
FROM `QSOptimize_person`;
  
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, 2, 3, 4);
  
SELECT `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` = 1 AND `QSOptimize_city`.`name` LIKE '%市%' );
  
SELECT `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` = 2 AND `QSOptimize_city`.`name` LIKE '%市%' );
  
SELECT `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` = 3 AND `QSOptimize_city`.`name` LIKE '%市%' );
  
SELECT `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` = 4 AND `QSOptimize_city`.`name` LIKE '%市%' );

详细分析一下这些请求事件。

众所周知，QuerySet是lazy的，要用的时候才会去访问数据库。运行到第二行Python代码时，for循环将plist看做iterator，这会触发数据库查询。最初的两次SQL查询就是prefetch_related导致的。

虽然已经查询结果中包含所有所需的city的信息，但因为在循环体中对Person.visitation进行了filter操作，这显然改变了数据库请求。因此这些操作会忽略掉之前缓存到的数据，重新进行SQL查询。

但是如果有这样的需求了应该怎么办呢？在Django >= 1.7，可以通过下一节的Prefetch对象来实现，如果你的环境是Django < 1.7，可以在Python中完成这部分操作。

1
2
plist = Person.objects.prefetch_related('visitation')
[[city for city in p.visitation.all() if u"市" in city.name] for p in plist]

Prefetch 对象

在Django >= 1.7，可以用Prefetch对象来控制prefetch_related函数的行为。

注：由于我没有安装1.7版本的Django环境，本节内容是参考Django文档写的，没有进行实际的测试。

Prefetch对象的特征：

  • 一个Prefetch对象只能指定一项prefetch操作。
  • Prefetch对象对字段指定的方式和prefetch_related中的参数相同，都是通过双下划线连接的字段名完成的。
  • 可以通过 queryset 参数手动指定prefetch使用的QuerySet。
  • 可以通过 to_attr 参数指定prefetch到的属性名。
  • Prefetch对象和字符串形式指定的lookups参数可以混用。

继续上面的例子，获取所有人访问过的城市中带有“武”字和“州”的城市：

1
2
3
4
5
6
7
wus = City.objects.filter(name__icontains = u"武")
zhous = City.objects.filter(name__icontains = u"州")
plist = Person.objects.prefetch_related(
  Prefetch('visitation', queryset = wus, to_attr = "wu_city"),
  Prefetch('visitation', queryset = zhous, to_attr = "zhou_city"),)
[p.wu_city for p in plist]
[p.zhou_city for p in plist]

注：这段代码没有在实际环境中测试过，若有不正确的地方请指正。

顺带一提，Prefetch对象和字符串参数可以混用。
None

可以通过传入一个None来清空之前的prefetch_related。就像这样：

1
>>> prefetch_cleared_qset = qset.prefetch_related(None)

小结

  1. prefetch_related主要针一对多和多对多关系进行优化。
  2. prefetch_related通过分别获取各个表的内容，然后用Python处理他们之间的关系来进行优化。
  3. 可以通过可变长参数指定需要select_related的字段名。指定方式和特征与select_related是相同的。
  4. 在Django >= 1.7可以通过Prefetch对象来实现复杂查询，但低版本的Django好像只能自己实现。
  5. 作为prefetch_related的参数，Prefetch对象和字符串可以混用。
  6. prefetch_related的链式调用会将对应的prefetch添加进去，而非替换，似乎没有基于不同版本上区别。
  7. 可以通过传入None来清空之前的prefetch_related。
 
 

Python中的Django框架中prefetch_related()函数对数据库查询的优化的更多相关文章

  1. Django框架详细介绍---ORM相关操作---select_related和prefetch_related函数对 QuerySet 查询的优化

    Django的 select_related 和 prefetch_related 函数对 QuerySet 查询的优化 引言 在数据库存在外键的其情况下,使用select_related()和pre ...

  2. 这个贴子的内容值得好好学习--实例详解Django的 select_related 和 prefetch_related 函数对 QuerySet 查询的优化

    感觉要DJANGO用得好,ORM必须要学好,不管理是内置的,还是第三方的ORM. 最最后还是要到SQL.....:( 这一关,慢慢练啦.. 实例详解Django的 select_related 和 p ...

  3. Django的 select_related 和 prefetch_related 函数对 QuerySet 查询的优化（二）

    3. prefetch_related() 对于多对多字段(ManyToManyField)和一对多字段,可以使用prefetch_related()来进行优化.或许你会说,没有一个叫OneToMan ...

  4. 实例具体解释Django的 select_related 和 prefetch_related 函数对 QuerySet 查询的优化（二）

    这是本系列的第二篇,内容是 prefetch_related() 函数的用途.实现途径.以及用法. 本系列的第一篇在这里 第三篇在这里 3. prefetch_related() 对于多对多字段(Ma ...

  5. Django的 select_related 和 prefetch_related 函数对 QuerySet 查询的优化

    引言 在数据库存在外键的其情况下,使用select_related()和prefetch_related()很大程度上减少对数据库的请求次数以提高性能 1.实例准备 模型: from django.d ...

  6. 转 实例具体解释DJANGO的 SELECT_RELATED 和 PREFETCH_RELATED 函数对 QUERYSET 查询的优化（二）

    https://blog.csdn.net/cugbabybear/article/details/38342793 这是本系列的第二篇,内容是 prefetch_related() 函数的用途.实现 ...

  7. Django的 select_related 和 prefetch_related 函数对 QuerySet 查询的优化（三）

    4.一些实例 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: 1 2 3 4 5 >>> hb = Pr ...

  8. 转载 ：实例详解Django的 select_related 和 prefetch_related 函数对 QuerySet 查询的优化（一）

    在数据库有外键的时候,使用 select_related() 和 prefetch_related() 可以很好的减少数据库请求的次数,从而提高性能.本文通过一个简单的例子详解这两个函数的作用.虽然Q ...

  9. 转 实例详解Django的 select_related 和 prefetch_related 函数对 QuerySet 查询的优化（三）

    这是本系列的最后一篇,主要是select_related() 和 prefetch_related() 的最佳实践. 第一篇在这里 讲例子和select_related() 第二篇在这里 讲prefe ...

随机推荐

  1. linux各路径（目录）的解释

    目录 /bin 存放二进制可执行文件(ls,cat,mkdir等),常用命令一般都在这里. /etc 存放系统管理和配置文件 /home 存放所有用户文件的根目录,是用户主目录的基点, 比如用户use ...

  2. Linux系统账户管理指令

    sudo passwd -l weblogic 锁定账户 sudo passwd -u weblogic 解锁账户 useradd weblogic -p xxxxx 添加账户指定密码 sudo us ...

  3. Chrome，firefox解除阻止视频自动播放

    Firefox 66 将阻止自动播放音频和视频 PingWest品玩2月5日报道,从发布适用于桌面的 Firefox 66 和 Firefox for Android 开始,Firefox 将默认阻止 ...

  4. DNS记录

    转载于:https://www.cnblogs.com/sddai/p/5703394.html 类型 SOA NS A AAAA PTR CNAME MX --------------------- ...

  5. 批量恢复zencart产品表所属分类master_categories_id为0的产品

    批量恢复zencart产品表所属分类master_categories_id为0的产品 将下面代码保存为master_categories_id.php,上传到网站根目录运行即可,操作前先备份数据库 ...

  6. map1

    map2.insert(make_pair("sale", 1)); map2.count("development");//key为development的数 ...

  7. Java基本的程序结构设计 大数操作

    大数操作 BigInteger 不可变的任意精度的整数.所有操作中,都以二进制补码形式表示 BigInteger(如 Java 的基本整数类型).BigInteger 提供所有 Java 的基本整数操 ...

  8. python修炼之路---面向对象

    面向对象编程 面向对象编程:使用类和对象实现一类功能. 类与对象 类:类就是一个模板,模板里可以包含多个函数,函数里实现一些功能. 对象:是根据模板创建的实例,通过实例对象可以执行类中的函数. 面向对 ...

  9. HTML5 大文件断点续传完整思路整理

    需求: 支持大文件批量上传(20G)和下载,同时需要保证上传期间用户电脑不出现卡死等体验: 内网百兆网络上传速度为12MB/S 服务器内存占用低 支持文件夹上传,文件夹中的文件数量达到1万个以上,且包 ...

  10. #418 Div2 Problem B An express train to reveries (构造 || 全排列序列特性)

    题目链接:http://codeforces.com/contest/814/problem/B 题意 : 有一个给出两个含有 n 个数的序列 a 和 b, 这两个序列和(1~n)的其中一个全排列序列 ...