Django ORM 查询工具对象详解

Django ORM 提供了一系列强大的查询工具对象，用于构建复杂、高效的数据库查询。这些工具可以单独使用，也可以组合使用，以满足各种数据操作需求。以下是主要查询工具对象的详细解析：

一、核心查询对象

1. Q 对象 - 复杂条件查询

• 作用：构建包含 AND、OR、NOT 逻辑的复杂查询条件
• 典型应用：

  from django.db.models import Q
  
  # OR 查询
  User.objects.filter(Q(username='admin') | Q(email='admin@example.com'))
  
  # AND 查询
  User.objects.filter(Q(is_active=True) & Q(is_staff=True))
  
  # NOT 查询
  User.objects.filter(~Q(status='banned'))
  

2. F 对象 - 字段引用与原子操作

• 作用：引用字段值并执行原子操作，避免竞态条件
• 典型应用：

  from django.db.models import F
  
  # 原子更新
  Product.objects.filter(id=1).update(stock=F('stock') - 1)
  
  # 字段比较
  Article.objects.filter(views__gt=F('comments'))
  
  # 数学运算
  Product.objects.update(price=F('price') * 1.1)
  

二、高级查询工具

3. Prefetch 对象 - 关联查询优化

• 作用：精细控制预取关联对象
• 典型应用：

  from django.db.models import Prefetch
  
  Book.objects.prefetch_related(
      Prefetch('authors', queryset=Author.objects.filter(active=True))
  )
  

4. Case/When 对象 - 条件表达式

• 作用：实现类似 SQL CASE WHEN 的条件逻辑
• 典型应用：

  from django.db.models import Case, When, Value
  
  User.objects.annotate(
      user_type=Case(
          When(is_staff=True, then=Value('staff')),
          When(is_superuser=True, then=Value('admin')),
          default=Value('regular')
      )
  )
  

5. Subquery/OuterRef 对象 - 子查询

• 作用：构建相关子查询
• 典型应用：

  from django.db.models import Subquery, OuterRef
  
  latest_comments = Comment.objects.filter(
      article=OuterRef('pk')
  ).order_by('-created_at')[:1]
  
  Article.objects.annotate(
      last_comment=Subquery(latest_comments.values('text'))
  )
  

三、聚合与表达式

6. 聚合函数

• 常用函数：Avg, Count, Max, Min, Sum, StdDev, Variance
• 典型应用：

  from django.db.models import Avg, Count
  
  Book.objects.aggregate(
      avg_price=Avg('price'),
      total_authors=Count('authors')
  )
  

7. Window 函数 - 窗口函数

• 作用：实现分区、排序等高级分析功能
• 典型应用：

  from django.db.models import Window, F
  from django.db.models.functions import Rank
  
  Product.objects.annotate(
      rank=Window(
          expression=Rank(),
          partition_by=[F('category')],
          order_by=F('sales').desc()
      )
  )
  

8. ExpressionWrapper - 类型处理

• 作用：处理混合类型的表达式
• 典型应用：

  from django.db.models import ExpressionWrapper, F, DurationField
  
  Task.objects.annotate(
      delay=ExpressionWrapper(
          F('actual_end') - F('planned_end'),
          output_field=DurationField()
      )
  )
  

四、原生SQL支持

9. RawSQL - 原生SQL片段

• 作用：在ORM中嵌入原生SQL
• 典型应用：

  from django.db.models.expressions import RawSQL
  
  Restaurant.objects.annotate(
      distance=RawSQL(
          "ST_Distance(location, ST_MakePoint(%s, %s))",
          [longitude, latitude]
      )
  )
  

五、函数表达式

10. Func 表达式 - 数据库函数

• 作用：调用数据库函数
• 典型应用：

  from django.db.models import Func, F, Value
  
  Author.objects.annotate(
      initials=Func(
          F('first_name'), Value(' '), F('last_name'),
          function='CONCAT'
      )
  )
  

最佳实践总结

1. 优先使用ORM：尽量使用这些工具对象而非原生SQL
2. 性能考量：F对象用于原子更新，Prefetch用于优化关联查询
3. 组合使用：这些对象可以相互组合实现复杂查询
4. 类型安全：注意使用ExpressionWrapper处理混合类型
5. 可读性：复杂查询应适当拆分或添加注释

掌握这些查询工具对象，可以让你在Django项目中构建出既高效又易于维护的数据库查询逻辑，同时保持代码的Pythonic风格。