Django 模型继承：抽象模型 vs. 多表继承

Django 的对象关系映射器 (ORM) 提供了强大的功能，用于建模数据和与数据库交互。在 Django 中，高效数据库设计的一个关键方面是理解和利用模型继承。这允许您在多个模型之间重用通用字段和行为，减少代码重复并提高可维护性。Django 提供了两种主要的模型继承类型：抽象基类和多表继承。每种方法都有其自身的用例以及对数据库结构和查询性能的影响。本文全面探讨了这两种方法，指导您何时使用每种类型以及如何有效地实现它们。

理解模型继承

模型继承是面向对象编程中的一个基本概念，它允许您基于现有类（在 Django 中为模型）创建新类。新类继承父类的属性和方法，允许您扩展或专门化父类的行为，而无需重写代码。在 Django 中，模型继承用于在多个模型之间共享字段、方法和元选项。

选择正确的继承类型对于构建结构良好且高效的数据库至关重要。不正确地使用继承会导致性能问题和复杂的数据库模式。因此，了解每种方法的细微差别至关重要。

抽象基类

什么是抽象基类？

抽象基类是设计为被继承，但不是直接实例化的模型。它们充当其他模型的蓝图，定义应存在于所有子模型中的通用字段和方法。在 Django 中，您可以通过将模型的 Meta 类的 abstract 属性设置为 True 来定义抽象基类。

当一个模型从抽象基类继承时，Django 会将抽象基类中定义的所有字段和方法复制到子模型中。但是，抽象基类本身不会在数据库中创建为单独的表。这是与多表继承的关键区别。

何时使用抽象基类

当您拥有一组要在多个模型中包含的通用字段，但您不需要直接查询抽象基类时，抽象基类是理想的选择。一些常见的用例包括：

• 时间戳模型： 将 created_at 和 updated_at 字段添加到多个模型。
• 用户相关模型： 将 user 字段添加到与特定用户关联的模型。
• 元数据模型： 添加诸如 title、description 和 keywords 等字段以用于 SEO 目的。

抽象基类的示例

让我们创建一个时间戳模型的抽象基类的示例：

            
from django.db import models

class TimeStampedModel(models.Model):
    created_at = models.DateTimeField(auto_now_add=True)
    updated_at = models.DateTimeField(auto_now=True)

    class Meta:
        abstract = True

class Article(TimeStampedModel):
    title = models.CharField(max_length=200)
    content = models.TextField()

    def __str__(self):
        return self.title

class Comment(TimeStampedModel):
    article = models.ForeignKey(Article, on_delete=models.CASCADE)
    text = models.TextField()

    def __str__(self):
        return self.text

            

              
                Copy
              
            
          

在此示例中，TimeStampedModel 是一个抽象基类，具有 created_at 和 updated_at 字段。Article 和 Comment 模型都从 TimeStampedModel 继承并自动获取这些字段。当您运行 python manage.py migrate 时，Django 将创建两个表，Article 和 Comment，每个表都带有 created_at 和 updated_at 字段。将不会为 TimeStampedModel 本身创建表。

抽象基类的优点

• 代码重用： 避免在多个模型中重复通用字段和方法。
• 简化数据库模式： 减少数据库中的表数，因为抽象基类本身不是一个表。
• 提高可维护性： 对抽象基类的更改会自动反映在所有子模型中。

抽象基类的缺点

• 无法直接查询： 您不能直接查询抽象基类。您只能查询子模型。
• 多态性有限： 如果您需要通过单个查询访问在抽象类中定义的通用字段，则更难统一处理不同子模型的实例。您需要分别查询每个子模型。

多表继承

什么是多表继承？

多表继承是一种模型继承，其中继承层次结构中的每个模型都有其自己的数据库表。当一个模型使用多表继承从另一个模型继承时，Django 会自动在子模型和父模型之间创建一个一对一的关系。这允许您通过子模型的单个实例访问子模型和父模型的字段。

何时使用多表继承

当您想要创建与更通用模型具有明确的“is-a”关系的专业模型时，多表继承是合适的。一些常见的用例包括：

• 用户配置文件： 为不同类型的用户（例如，客户、供应商、管理员）创建专门的用户配置文件。
• 产品类型： 为不同类型的产品（例如，书籍、电子产品、服装）创建专门的产品模型。
• 内容类型： 为不同类型的内容（例如，文章、博客文章、新闻故事）创建专门的内容模型。

多表继承的示例

让我们创建一个用户配置文件的多表继承示例：

            
from django.db import models
from django.contrib.auth.models import User

class Customer(User):
    phone_number = models.CharField(max_length=20, blank=True)
    address = models.CharField(max_length=200, blank=True)

    def __str__(self):
        return self.username

class Vendor(User):
    company_name = models.CharField(max_length=100, blank=True)
    payment_terms = models.CharField(max_length=100, blank=True)

    def __str__(self):
        return self.username

            

              
                Copy
              
            
          

在此示例中，Customer 和 Vendor 模型都从内置的 User 模型继承。Django 创建三个表：auth_user（用于 User 模型）、customer 和 vendor。customer 表将与 auth_user 表具有一对一的关系（隐式为 ForeignKey）。类似地，vendor 表将与 auth_user 表具有一对一的关系。这允许您通过 Customer 和 Vendor 模型的实例访问标准 User 字段（例如，username、email、password）。

多表继承的优点

• 明确的“is-a”关系： 表示模型之间清晰的层次关系。
• 多态性： 允许您将不同子模型的实例视为父模型的实例。您可以查询所有 `User` 对象并获得包括 `Customer` 和 `Vendor` 实例的结果。
• 数据完整性： 通过一对一的关系强制执行子表和父表之间的引用完整性。

多表继承的缺点

• 增加数据库复杂性： 在数据库中创建更多表，这会增加复杂性并可能减慢查询速度。
• 性能开销： 查询跨多个表的数据可能不如查询单个表有效。
• 潜在的冗余数据： 如果您不小心，您最终可能会在多个表中存储相同的数据。

代理模型

虽然与抽象基类和多表继承的类型在同一意义上来说，并非严格意义上的模型继承，但代理模型在这种情况下值得一提。代理模型允许您修改模型的行为，而无需更改其数据库表。您通过在模型的 Meta 类中设置 proxy = True 来定义代理模型。

何时使用代理模型

当您想要时，代理模型很有用：

• 向模型添加自定义方法： 而不更改模型的字段或关系。
• 更改模型的默认排序： 对于特定的视图或上下文。
• 使用不同的 Django 应用管理模型： 同时将基础数据库表保留在原始应用中。

代理模型的示例

            
from django.db import models

class Article(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=200)
    content = models.TextField()
    published = models.BooleanField(default=False)

    def __str__(self):
        return self.title

class PublishedArticle(Article):
    class Meta:
        proxy = True
        ordering = ['-title']

    def get_absolute_url(self):
        return f'/articles/{self.pk}/'

            

              
                Copy
              
            
          

在此示例中，PublishedArticle 是 Article 的代理模型。它使用与 Article 相同的数据库表，但具有不同的默认排序 (ordering = ['-title']) 并添加了自定义方法 (get_absolute_url)。没有创建新表。

选择正确的继承类型

下表总结了抽象基类和多表继承之间的主要区别：

这是一个决策指南，可帮助您选择正确的继承类型：

• 您需要直接查询基类吗？ 如果是，请使用多表继承。如果不是，请考虑抽象基类。
• 您是否正在创建具有明确的“is-a”关系的专门模型？ 如果是，请使用多表继承。
• 您是否主要需要共享通用字段和方法？ 如果是，请使用抽象基类。
• 您是否担心数据库复杂性和性能开销？ 如果是，请优先使用抽象基类。

模型继承的最佳实践

以下是在 Django 中使用模型继承时要遵循的一些最佳实践：

• 保持继承层次结构浅： 深度继承层次结构可能变得难以理解和维护。限制继承层次结构中的级别数。
• 使用有意义的名称： 为您的模型和字段选择描述性名称，以提高代码可读性。
• 记录您的模型： 将文档字符串添加到您的模型中，以解释它们的目的和行为。
• 彻底测试您的模型： 编写单元测试以确保您的模型行为符合预期。
• 考虑使用 mixin： Mixin 是提供可重用功能的类，可以添加到多个模型中。在某些情况下，它们可以很好地替代继承。 Mixin 是一个为其他类提供要继承的功能的类。它不是一个基类，而是一个提供特定行为的模块。例如，您可以创建一个 `LoggableMixin` 以自动记录对模型的更改。
• 注意数据库性能： 使用 Django Debug 工具栏等工具来分析查询性能并识别潜在的瓶颈。
• 考虑数据库规范化： 避免在多个地方存储相同的数据。 数据库规范化是一种技术，用于通过以数据库完整性约束正确强制执行依赖关系的方式将数据组织到表中来减少冗余并提高数据完整性。

来自世界各地的实际例子

以下是一些全球示例，说明了在各种应用程序中使用模型继承：

• 电子商务平台（全球）：
  • 可以使用多表继承来模拟不同类型的产品（例如，PhysicalProduct，DigitalProduct，Service）。每种产品类型都可以具有其自己的特定属性，同时从基本的 Product 模型继承通用属性，例如名称、描述和价格。这对于国际电子商务尤其有用，因为由于法规或物流原因，产品变化需要不同的模型。
  • 可以使用抽象基类将通用字段（如“shipping_weight”和“dimensions”）添加到所有实物产品中，或将“download_link”和“file_size”添加到所有数字产品中。
• 房地产管理系统（国际）：
  • 多表继承可以模拟不同类型的物业（例如，ResidentialProperty，CommercialProperty，Land）。每种类型可以具有独特的字段，例如住宅物业的“number_of_bedrooms”或商业物业的“floor_area_ratio”，同时从基本的 Property 模型继承通用字段，例如“address”和“price”。
  • 抽象基类可以添加通用字段，如“listing_date”和“available_date”以跟踪物业的可用性。
• 教育平台（全球）：
  • 多表继承可以表示不同类型的课程（例如，OnlineCourse，InPersonCourse，Workshop）。在线课程可能具有“video_url”和“duration”等属性，而现场课程可能具有“location”和“schedule”等属性，从基本的 Course 模型继承通用属性，如“title”和“description”。这在全球提供不同交付方式的各种教育系统中很有用。
  • 抽象基类可以添加通用字段，如“difficulty_level”和“language”，以确保所有课程的一致性。

结论

Django 模型继承是构建结构良好且可维护的数据库模式的强大工具。通过了解抽象基类和多表继承之间的区别，您可以为您的特定用例选择正确的方法。请记住在进行决策时考虑代码可重用性、数据库复杂性和性能开销之间的权衡。遵循本文中概述的最佳实践将帮助您创建高效且可扩展的 Django 应用程序。