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1. 你将学会什么
接第 3 天表单的使用课程，今天的课程主要涉及到与数据库相关的两个插件的使用，一个是 Flask_SQLAlchemy，另外一个是 Flask_Migrate。通过今天的学习，你将学会如何对数据库进行基本的操作，以及如何完成数据库的迁移。教程中的代码都会托管到 github 上，猫姐不厌其烦地强调，在学习本课内容时一定要自己尝试手敲代码，遇到问题再到 github 上查看代码，如果实在不知道如何解决，可以在日志下方留言。
2. 使用 Flask_SQLAlchemy 管理数据库
2.1 Flask_SQLAlchemy 的安装
对于 web 后台开发工作，必须要掌握的一项技能便是对数据库的 CRUD(create, read, update, delete) 操作，如果开发过程中直接使用原生的 sql 语句对数据库进行操作，将是非常痛苦的事件（毕竟 sql 语句有很多反人类的设计）。Flask_SQLAlchemy 插件将开发人员从这个泥潭中解救出来了，我们只需要使用 Python 的类就能轻松的完成对表的增删改查操作，并且该插件还支持多种数据库类型，如 MySQL、PostgreSQL、和 SQLite 等。
在进入正式学习之前，我们照旧要建立今天的项目目录，如下：
# 进入到虚拟环境目录，激活虚拟环境
maojie@Thinkpad:~/flask-plan/$ source miao_venv/bin/activate
# 到 flask-course-primary 目录下创建第四天的课程 day4 目录
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary$ mkdir day4
# 进入 day4 目录
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary$ cd day4
# 新建 database_demo 目录
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ mkdir database_demo
# 进入到 database_demo 目录
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ cd database_demo/
# 在 database_demo 目录中新建__init__.py 文件
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4/database_demo$ touch __init__.py
# 在 database_demo 包中新建 routes.py 路由文件
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4/database_demo$ touch routes.py
# 在 day4 目录下新建 run.py 文件
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4/$ touch run.py
安装 Flask_SQLAlchemy 插件还是使用 pip 命令，如下：# 注意一定要在虚拟环境中
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ pip install Flask_SQLAlchemy2.2 配置 Flask_SQLAlchemy
我们的教程中使用的数据库是 SQLite(Linux)，主要原因是 SQLite 足够简单，不需要进行任何配置便可使用，十分适用于入门。下面在__init__.py 文件中配置数据库，如下所示：
# 在__init__.py 文件中的内容
from flask import Flask
# 从 flask_sqlalchemy 导入 SQLAlchemy 类
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
import os
# 通过 Flask 创建一个 app 实例
app = Flask(__name__)
basedir = os.path.abspath(os.path.dirname(__file__))
# Flask_SQLAlchemy 插件从 SQLALCHEMY_DATABASE_URI 配置的变量中获取应用的数据库位置
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///' + os.path.join(basedir, 'database.db')
# 通过 SQLAlchemy 创建 db 实例，表示程序使用的数据库，并且 db 能够使用 Flask_SQLAlchemy 的所有功能
db = SQLAlchemy(app)2.3 构建数据库模型
数据模型通常用来定义数据库中的表及表中的字段。下面代码中的 User 类和 Post 类就代表了数据库中的两张表（官方叫法是数据模型）。后面我们会看到，通过这里定义的两个 Python 类，我们就可以非常容易的完成表的增删改查，以下是 routes.py 文件中的内容。
# 在 routes.py 文件中的内容
from database_demo import db
# 定义类 User，继承自基类 db.Model
class User(db.Model):
# 定义数据库表的名称，为 user 表
__tablename__ = 'user'
# db.Column 类构造函数中的第一个参数表中该字段的类型和该字段的其它属性
id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
username = db.Column(db.String(20), unique=True, nullable=False)
# print User 对象时，会打印 return 的字符串，方便调试
def __repr__(self):
return f"User('{self.username}')"
class Post(db.Model):
__tablename__ = 'post'
id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
title = db.Column(db.String(100), unique=True, nullable=False)
def __repr__(self):
return f"Post('{self.title}')"2.4 建立表之间的关系
关系型数据库是通过关系把数据库中不同表进行关联。下面，将介绍表之间的一种关系（一对多的关系），通常一个用户可以发表多篇日志，这也是与实际情况相符的。在 routes.py 文件中添加两行代码便可以建立这种“一对多”的关系了。猫姐提醒：”一对多“的关系在实际开发中十分常见，但是下面的两行建立关系的代码却不太容易看懂，因此大家不用太关心代码的细节，后面只要大家会照着葫芦画瓢，建立好这种关系就足够了。
# 修改 routes.py 文件的内容
from database_demo import db
class User(db.Model):
__tablename__ = 'user'
id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
username = db.Column(db.String(20), unique=True, nullable=False)
# 添加反向引用关系
posts = db.relationship('Post', backref='author', lazy=True)
def __repr__(self):
return f"User('{self.username}')"
class Post(db.Model):
__tablename__ = 'post'
id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
title = db.Column(db.String(100), unique=True, nullable=False)
# 添加表 user 的外键 user_id
user_id = db.Column(db.Integer, db.ForeignKey('user.id'), nullable=False)
def __repr__(self):
return f"Post('{self.title}')"
添加到 Post 模型中的 user_id 被称为外键，两个表的关系主要通过外键建立起表之间的联系。db.ForeignKey 的参数 'user.id' 表示这列的值是 user 表中的 id。添加到 User 模型的 posts 属性表示这个关系的面向对象视图，它不是实际数据库的字段，它是用户和其发表日志关系之间的视图。如果有一个 User 类的实例 u，u.posts 则返回用户发表过的所有日志。3. 数据库的基本操作
3.1 数据库中表的创建
首先在 run.py 文件中输入如下代码：
# run.py 文件中的内容
from database_demo import app
if __name__ == "__main__":
app.run(debug=True)然后在终端中输入 flask shell 命令，前提条件是必须在终端中配置环境变量，在第一课中猫姐已经讲过如何配置，这里不再重复。输入 flask shell 后进入 python 交互环境，如下所示：
在终端中输入命令 flask shell
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ flask shell
/home/meyou/flask-plan/miao_venv/lib/python3.6/site-packages/flask_sqlalchemy/__init__.py:835: FSADeprecationWarning: SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and will be disabled by default in the future. Set it to True or False to suppress this warning.
'SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and'
Python 3.6.7 (default, Oct 22 2018, 11:32:17)
[GCC 8.2.0] on linux
App: database_demo [production]
Instance: /home/meyou/flask-plan/flask-course-primary/day4/instance
>>>
# 注意：出现三个大于号，表示已经进入 python 交互环境 开始在数据库中创建 user 表和 post 表，如下所示：
>>> from database_demo import db # 从 database_demo 包中导入 db
>>> db.create_all() # 用 db.create_all() 创建数据库表
>>>这时查看程序目录，发现已经存在 database.db 库了，如下所示：
# 数据库存在于 database_demo 包里
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4/database_demo$ ls
database.db __init__.py __init__.pyc __pycache__ routes.py
# database.db 文件名是我们在__init__.py 中配置的 要想查看 dabase.db 中是否存在新建的表，可以用下面的方式，如下所示:
# 在 database_demo 包目录中用 sqlite3 加上数据库名字进入到数据库中
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4/database_demo$ sqlite3 database.db
SQLite version 3.22.0 2018-01-22 18:45:57
Enter ".help" for usage hints.
# 用.tables 查看表
sqlite> .tables
post user
sqlite>
# post,user 是我们在建立数据模型时定义的两张表 虽然通过 db.create_all() 可以创建表，但是如果数据库中已经存在这两张表，再用 db.create_all() 时是不会重新创建表或是更新表，只有先通过 db.drop_all() 删除数据库中所有的表，然后再用 db.create_all() 创建表，这样原有的数据库中表的数据都被销毁了，这是我们不想看到的。所以，在本文末会用一种更有效的方式来管理数据库。
3.2 表的数据插入
继上面 python shell 环境，在 user 表中插入两行数据，如下所示:
>>> from database_demo.routes import User,Post # 需要导入模型 User,Post 所在的位置
>>> user1=User(username='miaojie') # 创建用户 1
>>> user2=User(username='miaoge') # 创建用户 2
>>> print(user1.id) # 打印用户 1 的 id
None
>>> print(user2.id) # 打印用户 2 的 id
None
>>>
# 因为这些数据还未被真正写到数据库中，所以用户的 id 并不会显示出来
# 将数据对象添加到会话中
>>> db.session.add(user1)
>>> db.session.add(user2)
>>>
# 只有将会话提交后，数据才会写到 database.db 文件中
>>> db.session.commit()
>>>
# 再次查看
>>> print(user1.id)
1
>>> print(user2.id)
2
3.3 表的行数据修改
下面，继续在 python shell 会话中进行操作，现在把 user1 重新命名，如下所示：
>>> user1.username='miaomiao'
>>> db.session.commit()
>>> print(user1)
User('miaomiao')
>>> 3.4 表的行数据删除
在数据库中还可以使用 delete() 进行数据行的删除，如下所示：
>>> db.session.delete(user1)
>>> db.session.commit()
>>> user1 = User.query.filter_by(username="miaomiao").first()
>>> print(user1)
None
>>>3.5 表的查询
通过 query 可以查询模型中的所有的内容，接上个过程，如下:
>>> User.query.all()
[User('miaoge')]
>>>
# 现在为用户 2‘maoge’创建一篇日志
>>> u2=User.query.get(2)
>>> p2=Post(title='这是一篇关于数据库的日志',author=u2)
>>> db.session.add(p2)
>>> db.session.commit()
>>> User.query.all()
[User('miaoge')]
>>> Post.query.filter_by(author=u2).all()
[Post('这是一篇关于数据库的日志')]
>>> 4. python shell 上下文
刚开始在终端中输入 flask shell，进入 shell 后，输入数据库模型等时它并没有定义，如下所示：
# 在终端中输入 flask shell 后，进入 shell
# 输入模型 User 时，发现它并没有被定义
>>> User
Traceback (most recent call last):
File "<console>", line 1, in <module>
NameError: name 'User' is not defined
>>>
# 这就是因为刚开始进入 shell 时，它没有一个上下文，需要导入模型及其实例 这就需要每次进入 flash shell 环境时导入数据库的实例以及模型，这是非常浪费时间的。为了避免每次进入时导入，可以使用 app.shell_context_processor 装饰器，将定义的函数注册为一个 shell 上下文函数，当在终端中输入 flask shell 时，该函数会在 shell 中返回被注册的内容。在 routes.py 文件中添加如下代码：
# routes.py 文件中的内容
#!coding:utf8
# 在这里需要将 app 导入，以供 @app 装饰器使用
from database_demo import db, app
...
...
# 添加 shell 上下文函数
# app.shell_context_processor 装饰器将 generate_shell_context 函数注册为一个 shell 上下文函数
@app.shell_context_processor
def generate_shell_context():
return {'db': db, 'User': User, 'Post': Post}
在终端中重新输入 flask shell，进入 shell 后查看效果：
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ flask shell
/home/meyou/flask-plan/miao_venv/lib/python3.6/site-packages/flask_sqlalchemy/__init__.py:835: FSADeprecationWarning: SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and will be disabled by default in the future. Set it to True or False to suppress this warning.
'SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and'
Python 3.6.7 (default, Oct 22 2018, 11:32:17)
[GCC 8.2.0] on linux
App: database_demo [production]
Instance: /home/meyou/flask-plan/flask-course-primary/day4/instance
>>> db
<SQLAlchemy engine=sqlite:////home/meyou/flask-plan/flask-course-primary/day4/database_demo/database.db>
>>> User
<class 'database_demo.routes.User'>
>>> 这时，所需要的模型都存在 python shell 里，而不需要每次进入 shell 时导入 db 及其数据模型。
5. 使用 Flask-Migrate 实现数据库迁移
在前面讲过创建数据库的方法，如果数据库中存在表或是需要修改数据库中模型，使用 db.create_all() 是不会更新数据库表的，需要先使用 db.drop_all() 删除旧表，再创建表。但是，原来表中的数据就都被删掉了，这时就出现了数据库迁移的概念。开发过程中，随着需求的变化，需要对表加入一些新的字段，但是旧表中又保存了很多数据，此时就需要创建新表，并将旧表中的数据迁移至新表中，Flask_Migrate 这个插件就能帮我们快速完成数据从旧表到新表的迁移过程。
5.1 Flask_Migrate 的安装
还是在虚拟环境中安装 Flask_Migrate 插件，如下：
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ pip install Flask_Migrate5.2 Flask_Migrate 的配置
在__init__.py 文件中进行如下配置：
# __init__.py 文件中的内容
from flask import Flask
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
# 从 flask_migrate 中导入 Migrate 类
from flask_migrate import Migrate
import os
app = Flask(__name__)
basedir = os.path.abspath(os.path.dirname(__file__))
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///' + os.path.join(basedir, 'database.db')
db = SQLAlchemy(app)
# 通过类 Migrate 创建 migrate 实例
migrate = Migrate(app, db)
from database_demo.routes import *5.3 数据库的迁移过程
Flask_Migrate 插件中添加了 flask db 命令来管理数据库迁移的所有事情，首先是迁移前的准备工作：
# 使用 flask db init 创建 migration 目录
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ flask db init
/home/meyou/flask-plan/miao_venv/lib/python3.6/site-packages/flask_sqlalchemy/__init__.py:835: FSADeprecationWarning: SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and will be disabled by default in the future. Set it to True or False to suppress this warning.
'SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and'
Creating directory /home/meyou/flask-plan/flask-course-primary/day4/migrations
... done
Creating directory /home/meyou/flask-plan/flask-course-
primary/day4/migrations/versions ... done
Generating /home/meyou/flask-plan/flask-course-primary/day4/migrations/README
... done
Generating /home/meyou/flask-plan/flask-course-primary/day4/migrations/env.py
... done
Generating /home/meyou/flask-plan/flask-course-
primary/day4/migrations/script.py.mako ... done
Generating /home/meyou/flask-plan/flask-course-
primary/day4/migrations/alembic.ini ... done
Please edit configuration/connection/logging settings in '/home/meyou/flask-
plan/flask-course-primary/day4/migrations/alembic.ini' before proceeding.
# 注意，如果在虚拟环境中没有设置环境变量 FLASK_APP=run.py，则在使用命令 flask db init 时，会提醒需要先设置环境变量。在第一课最后讲到如何设置环境变量
# 在 day4 目录下已经生成 migrations 目录
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ ls
database_demo migrations __pycache__ run.py run.pyc使用 flask db migrate 命令检测 Post,User 类中是否添加了新的字段：
# 使用 flask db migrate 命令创建迁移脚本
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ flask db migrate
/home/meyou/flask-plan/miao_venv/lib/python3.6/site-packages/flask_sqlalchemy/__init__.py:835: FSADeprecationWarning: SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and will be disabled by default in the future. Set it to True or False to suppress this warning.
'SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and'
INFO [alembic.runtime.migration] Context impl SQLiteImpl.
INFO [alembic.runtime.migration] Will assume non-transactional DDL.
INFO [alembic.env] No changes in schema detected.
# 提示 info 消息没有任何改变 我们在 routes.py 文件中的 User，Post 模型中添加字段，这里，User 表中添加了 email 字段，Post 表中添加了 content 字段。然后再使用 flask db migrate 命令来执行，如下：
# routes.py 文件中的内容
#!coding:utf8
from database_demo import db, app
class User(db.Model):
__table__name = 'user'
id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
username = db.Column(db.String(20), unique=True, nullable=False)
email = db.Column(db.String(120), nullable=True)
posts = db.relationship('Post', backref='author', lazy=True)
def __repr__(self):
return f"User('{self.username}')"
class Post(db.Model):
__table__name = 'post'
id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
title = db.Column(db.String(100), unique=True, nullable=False)
content = db.Column(db.Text, nullable=True)
user_id = db.Column(db.Integer, db.ForeignKey('user.id'), nullable=False)
def __repr__(self):
return f"Post('{self.title}')"
# 解释，添加 email 和 content 字段，unique 必须设置为空或是不写 unique，否则在用 flask db migrate 创建迁移脚本时会报错 再次使用 flask db migrate 命令检测 Post,User 类中是否添加了新的字段：
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ flask db migrate
/home/meyou/flask-plan/miao_venv/lib/python3.6/site-packages/flask_sqlalchemy/__init__.py:835: FSADeprecationWarning: SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and will be disabled by default in the future. Set it to True or False to suppress this warning.
'SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and'
INFO [alembic.runtime.migration] Context impl SQLiteImpl.
INFO [alembic.runtime.migration] Will assume non-transactional DDL.
INFO [alembic.autogenerate.compare] Detected added column 'post.content'
INFO [alembic.autogenerate.compare] Detected added unique constraint 'None' on '['content']'
INFO [alembic.autogenerate.compare] Detected added column 'user.email'
INFO [alembic.autogenerate.compare] Detected added unique constraint 'None' on '['email']'
Generating /home/meyou/flask-plan/flask-course-
primary/day4/migrations/versions/f49f801bddb6_.py ... done
# 提示检测到有内容改变，添加了列 content 和列 email 字段 最后使用 flask db upgrade 命令完成数据库的迁移过程，如下所示：
# flask db upgrade 可以把改变应用到数据库中，而不改变其中保存的数据
(miao_venv) maojie@Thinkpad:~/flask-plan/flask-course-primary/day4$ flask db upgrade
/home/meyou/flask-plan/miao_venv/lib/python3.6/site-packages/flask_sqlalchemy/__init__.py:835: FSADeprecationWarning: SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and will be disabled by default in the future. Set it to True or False to suppress this warning.
'SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS adds significant overhead and'
INFO [alembic.runtime.migration] Context impl SQLiteImpl.
INFO [alembic.runtime.migration] Will assume non-transactional DDL.
INFO [alembic.runtime.migration] Running upgrade -> 8436eb139f65, empty message6. 总结
学习完今天的内容，我们掌握了如下技能：
1. 学习了 Flask_SQLAlchemy 的基本使用方法
2. 学习了数据库模型及表之间关系的建立
3. 学习了数据库的增删改查基本操作
4. 学习了 python shell 上下文的使用
5. 学习了使用 Flask_Migrate 完成数据库的迁移
下一课的教程，猫姐将带领大家一起学习用户登录功能的实现。今天的内容就到这里，喜欢的同学们可以在下面点赞留言，或是访问我的博客地址：http://www.catonlinepy.tech/ 加入我们的 QQ 群进一步交流学习！
7. 代码的获取
大家可以到 github 上获取今天教程的所有代码：https://github.com/miaojie19/…
具体下载代码的命令如下：
# 使用 git 命令下载 flask-course-primary 仓库所有的代码
git clone https://github.com/miaojie19/flask-course-primary.git
# 下载完成后，进入 day4 目录下面，即可看到今天的代码
cd flask-course-primary
cd day4