توجيه قاعدة بيانات Django: إتقان تكوينات قواعد البيانات المتعددة

يوفر Django، وهو إطار عمل ويب قوي مكتوب بلغة بايثون، آلية مرنة لإدارة قواعد بيانات متعددة ضمن مشروع واحد. تتيح لك هذه الميزة، المعروفة باسم توجيه قاعدة البيانات، توجيه عمليات قاعدة البيانات المختلفة (القراءة والكتابة والترحيلات) إلى قواعد بيانات محددة، مما يمكن من بناء معماريات متطورة لفصل البيانات وتقسيمها وتطبيق النسخ المتماثلة للقراءة. سيتناول هذا الدليل الشامل تعقيدات توجيه قاعدة بيانات Django، ويغطي كل شيء من التكوين الأساسي إلى التقنيات المتقدمة.

لماذا نستخدم تكوينات قواعد البيانات المتعددة؟

قبل الخوض في التفاصيل التقنية، من الضروري فهم الدوافع وراء استخدام إعداد قواعد بيانات متعددة. فيما يلي العديد من السيناريوهات الشائعة حيث يثبت توجيه قاعدة البيانات أنه لا يقدر بثمن:

• فصل البيانات: فصل البيانات بناءً على الوظيفة أو القسم. على سبيل المثال، قد تقوم بتخزين ملفات تعريف المستخدمين في قاعدة بيانات والمعاملات المالية في أخرى. هذا يعزز الأمان ويبسط إدارة البيانات. تخيل منصة تجارة إلكترونية عالمية؛ فصل بيانات العملاء (الأسماء، العناوين) عن بيانات المعاملات (سجل الطلبات، تفاصيل الدفع) يوفر طبقة إضافية من الحماية للمعلومات المالية الحساسة.
• التقسيم (Sharding): توزيع البيانات عبر قواعد بيانات متعددة لتحسين الأداء وقابلية التوسع. فكر في منصة وسائط اجتماعية تضم ملايين المستخدمين. تقسيم بيانات المستخدمين بناءً على المنطقة الجغرافية (مثل أمريكا الشمالية، أوروبا، آسيا) يسمح بالوصول الأسرع للبيانات وتقليل الحمل على قواعد البيانات الفردية.
• النسخ المتماثلة للقراءة (Read Replicas): تفريغ عمليات القراءة إلى نسخ متماثلة للقراءة فقط من قاعدة البيانات الأساسية لتقليل الحمل على قاعدة البيانات الأساسية. هذا مفيد بشكل خاص للتطبيقات التي تعتمد بكثرة على القراءة. يمكن أن يكون المثال موقعًا إخباريًا يستخدم نسخًا متماثلة متعددة للقراءة للتعامل مع حجم حركة المرور العالي أثناء الأحداث الإخبارية العاجلة، بينما تتولى قاعدة البيانات الأساسية تحديثات المحتوى.
• تكامل الأنظمة القديمة: الاتصال بأنظمة قواعد بيانات مختلفة (مثل PostgreSQL، MySQL، Oracle) قد تكون موجودة بالفعل داخل المؤسسة. العديد من الشركات الكبيرة لديها أنظمة قديمة تستخدم تقنيات قواعد بيانات أقدم. يتيح توجيه قاعدة البيانات لتطبيقات Django التفاعل مع هذه الأنظمة دون الحاجة إلى ترحيل كامل.
• اختبار A/B: تشغيل اختبارات A/B على مجموعات بيانات مختلفة دون التأثير على قاعدة بيانات الإنتاج. على سبيل المثال، قد تستخدم شركة تسويق عبر الإنترنت قواعد بيانات منفصلة لتتبع أداء حملات إعلانية مختلفة وتصميمات صفحات الهبوط.
• هندسة الخدمات المصغرة (Microservices Architecture): في هندسة الخدمات المصغرة، غالبًا ما تحتوي كل خدمة على قاعدة بيانات مخصصة خاصة بها. يسهل توجيه قاعدة بيانات Django تكامل هذه الخدمات.

تكوين قواعد بيانات متعددة في Django

الخطوة الأولى في تطبيق توجيه قاعدة البيانات هي تكوين إعداد `DATABASES` في ملف `settings.py` الخاص بك. يحدد هذا القاموس معلمات الاتصال لكل قاعدة بيانات.

```python DATABASES = { 'default': { 'ENGINE': 'django.db.backends.postgresql', 'NAME': 'mydatabase', 'USER': 'mydatabaseuser', 'PASSWORD': 'mypassword', 'HOST': '127.0.0.1', 'PORT': '5432', }, 'users': { 'ENGINE': 'django.db.backends.mysql', 'NAME': 'user_database', 'USER': 'user_db_user', 'PASSWORD': 'user_db_password', 'HOST': 'db.example.com', 'PORT': '3306', }, 'analytics': { 'ENGINE': 'django.db.backends.sqlite3', 'NAME': 'analytics.db', }, }```

في هذا المثال، قمنا بتعريف ثلاث قواعد بيانات: `default` (قاعدة بيانات PostgreSQL)، و`users` (قاعدة بيانات MySQL)، و`analytics` (قاعدة بيانات SQLite). يحدد إعداد `ENGINE` الواجهة الخلفية لقاعدة البيانات المراد استخدامها، بينما توفر الإعدادات الأخرى تفاصيل الاتصال الضرورية. تذكر تثبيت برامج تشغيل قاعدة البيانات المناسبة (مثل `psycopg2` لـ PostgreSQL، و`mysqlclient` لـ MySQL) قبل تكوين هذه الإعدادات.

إنشاء موجه قاعدة بيانات

يقع جوهر توجيه قاعدة بيانات Django في إنشاء فئات موجه قاعدة البيانات. تحدد هذه الفئات القواعد لتحديد قاعدة البيانات التي يجب استخدامها لعمليات نموذج معينة. يجب أن تطبق فئة الموجه طريقة واحدة على الأقل من الطرق التالية:

• `db_for_read(model, **hints)`: تُعيد اسم قاعدة البيانات المستعار لاستخدامه في عمليات القراءة على النموذج المحدد.
• `db_for_write(model, **hints)`: تُعيد اسم قاعدة البيانات المستعار لاستخدامه في عمليات الكتابة (الإنشاء، التحديث، الحذف) على النموذج المحدد.
• `allow_relation(obj1, obj2, **hints)`: تُعيد `True` إذا كان الاتصال بين `obj1` و`obj2` مسموحًا به، أو `False` إذا كان غير مسموح به، أو `None` للإشارة إلى عدم وجود رأي.
• `allow_migrate(db, app_label, model_name=None, **hints)`: تُعيد `True` إذا كان يجب تطبيق الترحيلات على قاعدة البيانات المحددة، أو `False` إذا كان يجب تخطيها، أو `None` للإشارة إلى عدم وجود رأي.

دعنا ننشئ موجهًا بسيطًا يوجه جميع العمليات على النماذج في تطبيق `users` إلى قاعدة بيانات `users`:

```python # routers.py class UserRouter: """ A router to control all database operations on models in the users application. """ route_app_labels = {'users'} def db_for_read(self, model, **hints): """ Attempts to read users models go to users_db. """ if model._meta.app_label in self.route_app_labels: return 'users' return None def db_for_write(self, model, **hints): """ Attempts to write users models go to users_db. """ if model._meta.app_label in self.route_app_labels: return 'users' return 'default' def allow_relation(self, obj1, obj2, **hints): """ Allow relations if a model in the users app is involved. """ if ( obj1._meta.app_label in self.route_app_labels or obj2._meta.app_label in self.route_app_labels ): return True return None def allow_migrate(self, db, app_label, model_name=None, **hints): """ Make sure the users app only appears in the 'users' database. """ if app_label in self.route_app_labels: return db == 'users' return True ```

يتحقق هذا الموجه مما إذا كان تسمية تطبيق النموذج موجودة في `route_app_labels`. إذا كان الأمر كذلك، فإنه يُعيد اسم قاعدة بيانات `users` المستعار لعمليات القراءة والكتابة. تسمح طريقة `allow_relation` بالعلاقات إذا كان نموذج من تطبيق `users` متورطًا. تضمن طريقة `allow_migrate` أن ترحيلات تطبيق `users` يتم تطبيقها فقط على قاعدة بيانات `users`. من الضروري تنفيذ `allow_migrate` بشكل صحيح لمنع عدم اتساق قاعدة البيانات.

تفعيل الموجه

لتفعيل الموجه، تحتاج إلى إضافته إلى إعداد `DATABASE_ROUTERS` في ملف `settings.py` الخاص بك:

```python DATABASE_ROUTERS = ['your_project.routers.UserRouter'] ```

استبدل `your_project.routers.UserRouter` بالمسار الفعلي لفئة الموجه الخاصة بك. ترتيب الموجهات في هذه القائمة مهم، حيث سيتكرر Django خلالها حتى يعيد أحدهم قيمة غير `None`. إذا لم يعيد أي موجه اسمًا مستعارًا لقاعدة بيانات، فسيستخدم Django قاعدة البيانات `default`.

تقنيات توجيه متقدمة

يوضح المثال السابق موجهًا بسيطًا يوجه بناءً على تسمية التطبيق. ومع ذلك، يمكنك إنشاء موجهات أكثر تعقيدًا بناءً على معايير مختلفة.

التوجيه بناءً على فئة النموذج

يمكنك التوجيه بناءً على فئة النموذج نفسها. على سبيل المثال، قد ترغب في توجيه جميع عمليات القراءة لنموذج معين إلى نسخة للقراءة فقط:

```python class ReadReplicaRouter: """ Routes read operations for specific models to a read replica. """ read_replica_models = ['myapp.MyModel', 'anotherapp.AnotherModel'] def db_for_read(self, model, **hints): if f'{model._meta.app_label}.{model._meta.model_name.capitalize()}' in self.read_replica_models: return 'read_replica' return None def db_for_write(self, model, **hints): return 'default' def allow_relation(self, obj1, obj2, **hints): return True def allow_migrate(self, db, app_label, model_name=None, **hints): return True ```

يتحقق هذا الموجه مما إذا كان الاسم المؤهل بالكامل للنموذج موجودًا في `read_replica_models`. إذا كان الأمر كذلك، فإنه يُعيد اسم قاعدة البيانات المستعار `read_replica` لعمليات القراءة. يتم توجيه جميع عمليات الكتابة إلى قاعدة البيانات `default`.

استخدام التلميحات (Hints)

يوفر Django قاموسًا يسمى `hints` يمكن استخدامه لتمرير معلومات إضافية إلى الموجه. يمكنك استخدام التلميحات لتحديد قاعدة البيانات المراد استخدامها ديناميكيًا بناءً على شروط وقت التشغيل.

```python # views.py from django.db import connections from myapp.models import MyModel def my_view(request): # Force reads from the 'users' database instance = MyModel.objects.using('users').get(pk=1) # Create a new object using 'analytics' database new_instance = MyModel(name='New Object') new_instance.save(using='analytics') return HttpResponse("Success!") ```

تسمح لك طريقة `using()` بتحديد قاعدة البيانات المراد استخدامها لاستعلام أو عملية معينة. يمكن للموجه بعد ذلك الوصول إلى هذه المعلومات من خلال قاموس `hints`.

التوجيه بناءً على نوع المستخدم

تخيل سيناريو تريد فيه تخزين بيانات لأنواع مختلفة من المستخدمين (مثل المسؤولين، المستخدمين العاديين) في قواعد بيانات منفصلة. يمكنك إنشاء موجه يتحقق من نوع المستخدم ويوجه البيانات وفقًا لذلك.

```python # routers.py from django.contrib.auth import get_user_model class UserTypeRouter: """ Routes database operations based on user type. """ def db_for_read(self, model, **hints): user = hints.get('instance') # Attempt to extract user instance if user and user.is_superuser: return 'admin_db' return 'default' def db_for_write(self, model, **hints): user = hints.get('instance') # Attempt to extract user instance if user and user.is_superuser: return 'admin_db' return 'default' def allow_relation(self, obj1, obj2, **hints): return True def allow_migrate(self, db, app_label, model_name=None, **hints): return True ```

لاستخدام هذا الموجه، تحتاج إلى تمرير مثيل المستخدم كتلميح عند إجراء عمليات قاعدة البيانات:

```python # views.py from myapp.models import MyModel def my_view(request): user = request.user instance = MyModel.objects.using('default').get(pk=1) # Pass the user instance as a hint during save new_instance = MyModel(name='New Object') new_instance.save(using='default', update_fields=['name'], instance=user) # Pass user as instance return HttpResponse("Success!") ```

سيضمن هذا توجيه العمليات المتعلقة بالمستخدمين المسؤولين إلى قاعدة بيانات `admin_db`، بينما يتم توجيه العمليات المتعلقة بالمستخدمين العاديين إلى قاعدة بيانات `default`.

اعتبارات الترحيلات

تتطلب إدارة الترحيلات في بيئة متعددة قواعد البيانات اهتمامًا دقيقًا. تلعب طريقة `allow_migrate` في الموجه الخاص بك دورًا حاسمًا في تحديد الترحيلات التي يتم تطبيقها على كل قاعدة بيانات. من الضروري التأكد من فهم هذه الطريقة واستخدامها بشكل صحيح.

عند تشغيل الترحيلات، يمكنك تحديد قاعدة البيانات التي سيتم ترحيلها باستخدام الخيار `--database`:

```bash python manage.py migrate --database=users ```

سيؤدي هذا إلى تطبيق الترحيلات على قاعدة بيانات `users` فقط. تأكد من تشغيل الترحيلات لكل قاعدة بيانات على حدة لضمان اتساق مخططك عبر جميع قواعد البيانات.

اختبار تكوينات قواعد البيانات المتعددة

يعد اختبار تكوين توجيه قاعدة البيانات الخاص بك أمرًا ضروريًا لضمان عمله كما هو متوقع. يمكنك استخدام إطار عمل اختبار Django لكتابة اختبارات الوحدة التي تتحقق من كتابة البيانات إلى قواعد البيانات الصحيحة.

```python # tests.py from django.test import TestCase from myapp.models import MyModel from django.db import connections class DatabaseRoutingTest(TestCase): def test_data_is_written_to_correct_database(self): # Create an object instance = MyModel.objects.create(name='Test Object') # Check which database the object was saved to db = connections[instance._state.db] self.assertEqual(instance._state.db, 'default') # Replace 'default' with expected database # Retrieve object from specific database instance_from_other_db = MyModel.objects.using('users').get(pk=instance.pk) # Make sure there are no errors, and that everything is working as expected self.assertEqual(instance_from_other_db.name, "Test Object") ```

تقوم حالة الاختبار هذه بإنشاء كائن وتتحقق من حفظه في قاعدة البيانات المتوقعة. يمكنك كتابة اختبارات مماثلة للتحقق من عمليات القراءة والجوانب الأخرى لتكوين توجيه قاعدة البيانات الخاص بك.

تحسين الأداء

بينما يوفر توجيه قاعدة البيانات مرونة، من المهم مراعاة تأثيره المحتمل على الأداء. فيما يلي بعض النصائح لتحسين الأداء في بيئة متعددة قواعد البيانات:

• تقليل عمليات الدمج عبر قواعد البيانات (Cross-Database Joins): يمكن أن تكون عمليات الدمج عبر قواعد البيانات مكلفة، حيث تتطلب نقل البيانات بين قواعد البيانات. حاول تجنبها قدر الإمكان.
• استخدام التخزين المؤقت (Caching): يمكن أن يساعد التخزين المؤقت في تقليل الحمل على قواعد البيانات عن طريق تخزين البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر في الذاكرة.
• تحسين الاستعلامات (Optimize Queries): تأكد من تحسين استعلاماتك بشكل جيد لتقليل كمية البيانات التي يجب قراءتها من قواعد البيانات.
• مراقبة أداء قاعدة البيانات: راقب أداء قواعد البيانات الخاصة بك بانتظام لتحديد نقاط الاختناق ومجالات التحسين. يمكن لأدوات مثل Prometheus و Grafana توفير رؤى قيمة حول مقاييس أداء قاعدة البيانات.
• تجميع الاتصالات (Connection Pooling): استخدم تجميع الاتصالات لتقليل الحمل الزائد لإنشاء اتصالات قاعدة بيانات جديدة. يستخدم Django تجميع الاتصالات تلقائيًا.

أفضل الممارسات لتوجيه قاعدة البيانات

فيما يلي بعض أفضل الممارسات التي يجب اتباعها عند تطبيق توجيه قاعدة البيانات في Django:

• حافظ على بساطة الموجهات: تجنب المنطق المعقد في الموجهات الخاصة بك، حيث يمكن أن يجعلها صعبة الصيانة والتصحيح. قواعد التوجيه البسيطة والمحددة جيدًا أسهل في الفهم واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
• وثق تكوينك: وثق بوضوح تكوين توجيه قاعدة البيانات الخاص بك، بما في ذلك الغرض من كل قاعدة بيانات وقواعد التوجيه المعمول بها.
• اختبر بدقة: اكتب اختبارات شاملة للتحقق من أن تكوين توجيه قاعدة البيانات الخاص بك يعمل بشكل صحيح.
• ضع في اعتبارك اتساق قاعدة البيانات: كن حذرًا بشأن اتساق قاعدة البيانات، خاصة عند التعامل مع قواعد بيانات كتابة متعددة. قد تكون تقنيات مثل المعاملات الموزعة أو الاتساق النهائي ضرورية للحفاظ على سلامة البيانات.
• خطط لقابلية التوسع: صمم تكوين توجيه قاعدة البيانات الخاص بك مع مراعاة قابلية التوسع. فكر في كيفية احتياج تكوينك للتغيير مع نمو تطبيقك.

بدائل لتوجيه قاعدة بيانات Django

بينما يعتبر توجيه قاعدة البيانات المدمج في Django قويًا، هناك حالات قد تكون فيها الأساليب البديلة أكثر ملاءمة. فيما يلي بعض البدائل التي يجب مراعاتها:

• طرق عرض قاعدة البيانات (Database Views): لسيناريوهات القراءة فقط، يمكن أن توفر طرق عرض قاعدة البيانات طريقة للوصول إلى البيانات من قواعد بيانات متعددة دون الحاجة إلى توجيه على مستوى التطبيق.
• مستودعات البيانات (Data Warehousing): إذا كنت بحاجة إلى دمج البيانات من قواعد بيانات متعددة لأغراض الإبلاغ والتحليل، فقد يكون حل مستودع البيانات مناسبًا بشكل أفضل.
• قاعدة البيانات كخدمة (DBaaS): غالبًا ما يقدم موفرو DBaaS المستندون إلى السحابة ميزات مثل التقسيم التلقائي وإدارة النسخ المتماثلة للقراءة، مما يمكن أن يبسط عمليات نشر قواعد البيانات المتعددة.

الخلاصة

يعد توجيه قاعدة بيانات Django ميزة قوية تتيح لك إدارة قواعد بيانات متعددة ضمن مشروع واحد. من خلال فهم المفاهيم والتقنيات المقدمة في هذا الدليل، يمكنك تنفيذ تكوينات قواعد البيانات المتعددة بفعالية لفصل البيانات، والتقسيم، والنسخ المتماثلة للقراءة، وغيرها من السيناريوهات المتقدمة. تذكر أن تخطط لإعدادك بعناية، وتكتب اختبارات شاملة، وتراقب الأداء لضمان أن إعداد قواعد البيانات المتعددة يعمل على النحو الأمثل. تزود هذه الإمكانية المطورين بالأدوات اللازمة لبناء تطبيقات قابلة للتطوير وقوية يمكنها التعامل مع متطلبات البيانات المعقدة والتكيف مع احتياجات العمل المتغيرة في جميع أنحاء العالم. إتقان هذه التقنية هو رصيد قيم لأي مطور Django يعمل على مشاريع كبيرة ومعقدة.