作为 Python 开发人员，我们经常需要处理数据库中的数据，以便为我们的应用程序存储和检索数据。虽然 SQLAlchemy 是一个强大且广受欢迎的数据库交互库，但在代码中直接使用它会带来不少挑战和麻烦。在本文中，我们将探讨如何使用仓库模式来简化数据库交互并解决这些问题。

当我们在Python应用程序中直接使用SQLAlchemy时，经常会碰到以下难题：

1. 到处传递会话对象：我们在代码中经常会将会话对象作为参数传递给函数和方法，导致代码混乱，并可能误用会话。

2. 分散的数据库代码 ：数据库代码通常分散在应用的不同层级里，这使得代码库更难维护、理解和改动。

3. 处理事务困难：确保数据的一致性和完整性需要适当的事务管理，直接操作SQLAlchemy时，尤其是在处理嵌套事务或进行多个数据库操作时，这可能会比较棘手。

这些痛点以各种方式在我们的代码中体现。例如，我们可能会看到会话对象这样被传递来传递去。

def create_user(session, username, email):  
    # 创建用户
    user = User(username=username, email=email)  
    session.add(user)  
    session.commit()  

def update_user(session, user_id, new_email):  
    # 更新用户信息
    user = session.query(User).get(user_id)  
    user.email = new_email  
    session.commit()

或者我们可能发现数据库查询和操作分散在应用程序的不同部分。

def some_view_function():  
    session = Session()  
    # 获取第一个用户并更新其电子邮件。
    user = session.query(User).get(1)  
    user.email = '[email protected]'  
    session.commit()  
    session.close()  

def some_service_function():  
    session = Session()  
    # 查询所有活跃用户并关闭会话。
    users = session.query(User).filter(User.active == True).all()  
    session.close()  
    return users

直接用SQLAlchemy处理事务时，可能会变得复杂且容易出错。

    def 创建用户及其资料(username, email, profile_data):  
        session = Session()  
        try:  
            user = User(username=username, email=email)  
            session.add(user)  
            # 刷新会话以确保用户对象已保存
            session.flush()  

            profile = Profile(user_id=user.id, data=profile_data)  
            session.add(profile)  
            # 提交更改以保存用户和资料信息
            session.commit()  
        except:  
            # 回滚会话
            session.rollback()  
            raise  
        finally:  
            # 关闭会话
            session.close()

这些挑战可能导致代码混乱不堪，降低可维护性，若处理不当，还可能引发潜在的一致性错误。

仓储模式是一种设计方法，旨在帮助管理应用程序与数据库之间的交互。它充当应用程序代码和数据库之间的中间层，隐藏数据库操作的复杂性，并提供一个简化的操作接口给应用程序使用。

仓储模式里有几点关键原则：

• 封装：数据仓库封装了数据访问的逻辑，隐藏了数据库操作的复杂性，从而使应用程序更易于使用，并为应用程序提供了一个简单的接口，使操作更方便。

- 关注分离：仓库模式将数据访问逻辑与业务逻辑分离，使代码更清晰和易于维护。

- 抽象：仓库提供了一层抽象，让应用可以无需了解底层存储方式的细节即可与数据交互。

通过使用仓库模式，我们可以从仓库模式中获得多种好处：

- 数据库相关代码的封装：通过将数据库相关的代码与应用的其他部分分离，从而实现更清晰、更易于维护的代码库。

- 简洁的服务层接口：存储库为服务层（或其他高层次层）提供了简单且直观的接口来与数据库进行交互，简化了数据库操作的复杂性。

- 增强的可测试性：仓库模式通过在测试时模拟或替换数据访问部分，使得编写应用程序逻辑的单元测试变得更加容易。

    # session_management.py

    import os
    from sqlalchemy.orm import sessionmaker
    from contextlib import contextmanager
    from contextvars import ContextVar
    from repository_sqlalchemy.database_config import DatabaseConfig, DatabaseEngineFactory

    session_context_var: ContextVar[any] = ContextVar("db_session", default=None)

    _engine = None
    _Session = None

    def get_engine():
        global _engine
        if _engine is None:
            db_type = os.environ.get('DB_TYPE', 'postgresql')
            db_config = DatabaseConfig(db_type)
            _engine = DatabaseEngineFactory.create_engine(
                db_config
            )
        return _engine

    def get_session():
        global _Session
        if _Session is None:
            _Session = sessionmaker(bind=get_engine(), expire_on_commit=False)
        return _Session()

    # BaseRepository 类
    class BaseRepository(Generic[ModelType], metaclass=TransactionalMetaclass):
        model = None

        @property
        def session(self) -> Session:
            return session_context_var.get()

        def create(self, obj: ModelType) -> ModelType:
            self.session.add(obj)
            self.session.flush()
            self.session.refresh(obj)
            return obj

        def update(self, instance: ModelType, data: Dict[str, Any]) -> ModelType:
            for key, value in data.items():
                if hasattr(instance, key):
                    setattr(instance, key, value)
                else:
                    raise AttributeError(f"{type(instance).__name__} 没有属性 '{key}'")

            self.session.flush()
            return instance

        def delete(self, obj: ModelType) -> None:
            self.session.delete(obj)
            self.session.flush()

    # TransactionalMetaclass
    class 事务元类(type):
        def __new__(cls, name: str, bases: tuple, attrs: Dict[str, Any]) -> Type:
            cls.apply_transactional_wrapper(attrs)
            new_class = super().__new__(cls, name, bases, attrs)
            cls.set_model_attribute(new_class, bases)
            return new_class

        @classmethod
        def apply_transactional_wrapper(cls, attrs: Dict[str, Any]) -> None:
            transactional_prefixes = (
                "find",
                "创建",
                "删除",
            )

            for attr_name, attr_value in attrs.items():
                if callable(attr_value) and any(
                    attr_name.startswith(prefix) for prefix in transactional_prefixes
                ):
                    attrs[attr_name] = cls.add_transactional(attr_value)

    # 事务性装饰器
    @contextmanager
    def transaction():
        session = session_context_var.get()
        if session is None:
            session = get_session()
            session_context_var.set(session)

        is_nested = session.in_transaction()

        try:
            if is_nested:
                savepoint = session.begin_nested()
                yield savepoint
            else:
                session.begin()
                yield session

            if is_nested:
                savepoint.commit()
            else:
                session.commit()
                session.close()
        except Exception as e:
            if is_nested:
                savepoint.rollback()
            else:
                session.rollback()
                session.close()
            raise
        finally:
            if not is_nested:
                session_context_var.set(None)

    def transactional(func):
        @wraps(func)
        def wrapper(*args, **kwargs):
            with transaction():
                return func(*args, **kwargs)

        return wrapper

需要指出的是，在下面的代码中，**sessionmaker** 会话生成器，会话生成器设置为 **expire_on_commit=False**：

定义_session为一个会话生成器，绑定到get_engine()返回的引擎，并设置expire_on_commit为False。

    _Session = sessionmaker(bind=get_engine(), expire_on_commit=False)

这个设置很重要，因为在事务结束后，会话将被关闭。如果将 **expire_on_commit** 设置为 **True**（默认值），在会话关闭后访问模型的属性会导致 SQLAlchemy 报错。通过将 **expire_on_commit=False**，在事务结束后模型将脱离会话，即使会话已关闭，也可以继续访问属性值。

上面的代码体现了以下源代码中应用的关键设计理念：

1. 应用仓库模式：代码提供了一个使用 SQLAlchemy 封装常见数据库操作的基础仓库类（BaseRepository）。可以继承该类来为不同的实体模型创建特定的仓库类（例如）。

2. 使用一个名为TransactionalMetaclass的元类来实现事务行为：代码使用一个名为TransactionalMetaclass的元类，根据命名约定自动使仓库方法具有事务性。这确保指定的仓库方法自动在事务中运行，减少了样板代码，保证了代码的一致性。

3. 使用装饰器进行事务管理：代码提供了一个 transaction 事务管理器（transaction context manager）和装饰器来处理事务。**transactional** 装饰器用于包装仓库方法或其他执行数据库操作的函数，自动开始新的事务或加入现有事务，并根据函数的执行结果来提交或回滚事务。

这些设计思路共同作用，简化数据库交互，减少重复代码，并确保事务管理的一致性。类似于Java中的**@Transactional**注解，用于事务管理的注解提供了一种声明式的、非侵入性的方式来应用事务性行为，从而提高代码的可读性和维护性。

下面是一个全面的例子，演示如何使用repository_sqlalchemy库：

    从 sqlalchemy 导入 Column, Integer, String, ForeignKey  
    从 sqlalchemy.ext.declarative 导入 declarative_base  
    从 repository_sqlalchemy 导入 BaseRepository, Base, transaction  
    从 typing 导入 List, Dict, Any  

    类 UserModel(Base):  
        __tablename__ = 'users'  
        id = Column(Integer, primary_key=True)  
        username = Column(String(50), unique=True, nullable=False)  
        email = Column(String(120), unique=True, nullable=False)  

    类 PostModel(Base):  
        __tablename__ = 'posts'  
        id = Column(Integer, primary_key=True)  
        title = Column(String(100), nullable=False)  
        content = Column(String(1000), nullable=False)  
        user_id = Column(Integer, ForeignKey('users.id'), nullable=False)  

    类 UserRepository(BaseRepository[UserModel]):  
        def find_by_username(self, username: str) -> UserModel:  
            返回 self.session.query(self.model).filter_by(username=username).first()  

    类 PostRepository(BaseRepository[PostModel]):  
        def find_by_user_id(self, user_id: int) -> List[PostModel]:  
            返回 self.session.query(self.model).filter_by(user_id=user_id).all()  

    @transaction()  
    def create_user_with_posts(username: str, email: str, posts: List[Dict[str, str]]) -> UserModel:  
        user_repo = UserRepository()  
        post_repo = PostRepository()  

        # 创建用户  
        user = user_repo.create(UserModel(username=username, email=email))  

        # 为用户创建帖子  
        对于 post_data 在 posts:  
            post = PostModel(title=post_data['title'], content=post_data['content'], user_id=user.id)  
            post_repo.create(post)  

        返回 user  

    @transaction()  
    def update_user_and_posts(username: str, user_data: Dict[str, Any], post_updates: List[Dict[str, Any]]) -> UserModel:  
        user_repo = UserRepository()  
        post_repo = PostRepository()  

        user = user_repo.find_by_username(username)  
        如果 not user:  
            抛出 ValueError(f"User {username} not found")  

        # 更新用户  
        user_repo.update(user, user_data)  

        # 更新帖子  
        posts = post_repo.find_by_user_id(user.id)  
        对于 post, post_data 在 zip(posts, post_updates):  
            post_repo.update(post, post_data)  

        返回 user  

    # 使用示例  
    new_user = create_user_with_posts(  
        "john_doe",  
        "[email protected]",  
        [  
            {"title": "First Post", "content": "Hello, world!"},  
            {"title": "Second Post", "content": "This is my second post."}  
        ]  
    )  
    打印(f"创建了用户: {new_user.username}，带有 2 个帖子")  

    updated_user = update_user_and_posts(  
        "john_doe",  
        {"email": "[email protected]"},  
        [  
            {"title": "Updated First Post"},  
            {"content": "Updated content for second post."}  
        ]  
    )  
    打印(f"更新了用户: {updated_user.username}, {updated_user.email}")

这个示例展示了用户在基础搭建好后使用repository_sqlalchemy库有多么简单和方便。

定义了UserModel和PostModel这两个SQLAlchemy模型。

2. 通过继承 **BaseRepository** 类来创建自定义仓库（如 **UserRepository** 和 **PostRepository**）。**BaseRepository** 类提供了 session 属性，该属性可以用于在仓库方法中访问当前会话，如在这些自定义仓库方法中使用 self.session 所示。

3. 使用 **@transaction()** 装饰器注解在多个操作间自动管理事务。

4. 在一个事务中执行多个数据记录的创建和更新操作。

通过继承 **BaseRepository** 类，自定义存储库继承了 **session** 属性，该属性提供了对当前会话的访问权限。这省去了手动传递会话对象给存储库方法的步骤，因为可以通过 **self.session** 自动访问，无需手动传递。

通过使用仓储模式和 repository_sqlalchemy 库提供的功能，客户端可以以更简化且直观的方式与数据库进行交互，无需手动管理会话或显式处理事务。

仓储模式是简化Python应用程序中数据库交互的有力工具。通过封装数据库相关的代码并提供一个简洁的接口，它提高了代码的可维护性和可测试性。

查看源代码：https://github.com/ryan-zheng-teki/repository-sqlalchemy，并考虑在项目中使用仓库模式。您可以随意提出问题或将其作为起点。

编程愉快！