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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 SQLAlchemyimport 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.Modelclass 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 dbclass 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 appif __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 linuxApp: 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$ lsdatabase.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 18:45:57Enter ".help" for usage hints.# 用.tables查看表sqlite> .tablespost usersqlite> # 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idNone>>> print(user2.id) # 打印用户2的idNone>>> # 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)23.3 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>>> UserTraceback (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_processordef 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 linuxApp: 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 Flaskfrom flask_sqlalchemy import SQLAlchemy# 从flask_migrate中导入Migrate类from flask_migrate import Migrateimport osapp = 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$ lsdatabase_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:utf8from database_demo import db, appclass 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-primarycd day4