SQLAlchemy 中的楼层划分

在 SQLAlchemy 中，楼层划分（也称为分区表）是一种将表数据分成具有相同架构, 但是存储数据不同的多个表的技术。 这种技术对于需要处理海量数据，但是单个表无法容纳的数据特别有用。为了方便理解，可以将分区表视为数据库中的分割文件夹。简单地说，分区表定义了多个表，每个表存储来自另一个表的数据的一个子集。

为什么使用分区表？

使用分区表有多个好处，具体如下：

1. 改善查询性能： 楼层划分允许我们根据查询使用的过滤器或谓词路由查询请求，从而能够更快地访问所需的数据。 例如，如果我们按时间戳分区数据，则可以快速找到特定日期之间的所有记录，而无需在整个表上运行查询。这可以显著缩短查询的响应时间。

2. 提高可用性和可维护性： 通过将数据划分到多个表中，数据库管理人员可以更轻松地维护数据库。 更具体地说，分区表使得备份和恢复操作更加容易。 如果我们需要恢复某个表，则只需恢复该表所在的分区即可。

3. 简化数据存储： 楼层划分使得更容易存储具有不同数据结构或数据量的数据。 因为每个分区都是独立的表，所以它们可以存储具有不同架构的数据。 同时，这也让缓存更加容易。 比如，我们可以只缓存某个分区而非整个表，从而加速缓存操作。

如何运用分区表？

在 SQLAlchemy 中，分区表可以简化数据操作。首先，我们需要为特定表定义一个分区映射区域，例如：

from sqlalchemy import text
from sqlalchemy import Column, Integer, String
from sqlalchemy import create_engine
from sqlalchemy.dialects.mysql import INTEGER

from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy.orm import relationship

Base = declarative_base()

class Person(Base):
    __tablename__ = 'person'
    id = Column(INTEGER(unsigned=True), primary_key=True)
    name = Column(String(50))

    __shard_id__ = 'id'
    __bind_key__ = 'person'

    def __init__(self,name):
        self.name = name

这里 __shard_id__ 告诉 SQLAlchemy 使用哪个列来表示分区的 ID。 我们也要使用 __bind_key__ 属性告诉 SQLAlchemy 使用哪个数据源连接来访问分区表数据的配置。

接下来，我们需要定义一个分区表的元类，该元类通过使用__tablename__属性来标识分区表的名称，使得 SQLAlchemy 能够正确地生成 SQL 语句。我们还需要指定分区表的分区策略，例如：

from sqlalchemy import text
from sqlalchemy import Column, Integer, String
from sqlalchemy import create_engine
from sqlalchemy.dialects.mysql import INTEGER

from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy.orm import relationship

Base = declarative_base()

class Person(Base):
    __tablename__ = 'person'
    id = Column(INTEGER(unsigned=True), primary_key=True)
    name = Column(String(50))

    __shard_id__ = 'id'
    __bind_key__ = 'person'

    def __init__(self,name):
        self.name = name

class ShardedTableMeta(type):
    def __init__(cls, name, bases, dct):
        super().__init__(name, bases, dct)

        if not hasattr(cls, '__shard_id__'):
            raise ValueError('No __shard_id__ defined')
        if not hasattr(cls, '__bind_key__'):
            raise ValueError('No __bind_key__ defined')

    def __getattr__(cls, key):
        if key.startswith('shard_'):
            db_key = cls.__bind_key__
            shard_id = int(key.split('_', 1)[1])
            return create_engine(f'mysql+pymysql://user:password@localhost/{db_key}{shard_id}?charset=utf8mb4',
                                 echo=True, encoding='utf-8')
        raise AttributeError(f'{cls.__name__} object has no attribute {key}')

    def __getitem__(cls, shard_id):
        return getattr(cls, f'shard_{shard_id}')

在这个例子中， 我们创建了一个名为 ShardedTableMeta 的元类，它要求我们在每个分区表定义中设置 __shard_id__ 和 __bind_key__。 然后，我们可以使用该元类来创建一个分区表类。 例如：

class ShardedPerson(Person, metaclass=ShardedTableMeta):
    __tablename__ = 'sharded_person'

    def __init__(self,name,**kwargs):
        super().__init__(name,**kwargs)

ShardedPerson 继承自 Person ，并且使用 ShardedTableMeta 作为它的元类。增加了 ShardedTableMeta 的 __getattr__方法的重载，这允许我们通过执行 ShardedPerson.shard_1 将调用一个特定的分区连接。

最后，我们需要使用分区表来查询和存储数据。 例如，我们可以使用如下代码向分区表中添加新值：

def insert_person(name, id):
    shard_id = id % 10
    engine = ShardedPerson[shard_id]
    session = sessionmaker(bind=engine)()
    person = Person(name=name)
    session.add(person)
    session.flush()
    return person.id

在这个例子中，我们使用 ShardedPerson 分区表类来创建一个新 Person 对象。 然后，我们使用 session 将新对象插入分区表中。

使用分区表的查询也是很容易的。 例如，我们可以按如下方式设置查询条件：

def query_persons():
    shards = [ShardedPerson.shard_1, ShardedPerson.shard_2,
              ShardedPerson.shard_3, ShardedPerson.shard_4,
              ShardedPerson.shard_5, ShardedPerson.shard_6,
              ShardedPerson.shard_7, ShardedPerson.shard_8,
              ShardedPerson.shard_9, ShardedPerson.shard_10]
    results = []

    for shard in shards:
        with shard.connect() as conn:
            result = conn.execute("SELECT id, name FROM person").fetchall()
            results.extend(result)

    return results

总的来说，使用分区表可以显着提高数据库的性能和可维护性。而 SQLAlchemy 作为 python 中常用的 ORM 工具之一，也提供了方便人们实现分区表的接口。