بايثون وقواعد البيانات

طريقان إلى نفس الفكرة

الأساسيات المطلوبة

هذا الجزء هو الجسر بين عالمين تعلّمتهما منفصلين، فتأكّد أنك مرتاح في الاثنين:

المفاهيم الأساسية

الفكرة الكبرى: المخزن (جدول في قاعدة) والاستخدام (كائن في بايثون) عالمان مختلفان. نحتاج طبقة تترجم بينهما، ولدينا خياران: ترجمة يدوية أو ترجمة آلية.

1برنامج التشغيل (Driver) و DB-API

برنامج التشغيل مكتبة تعرف بروتوكول خادم معيّن. لـMySQL المكتبة الشائعة اسمها mysqlclient وتُستورد باسم MySQLdb‏. كل برامج التشغيل في بايثون تتبع اتفاقية واحدة اسمها DB-API 2.0 (وثيقة PEP 249)، لذلك يتشابه الأسلوب: connect() ثم cursor() ثم execute() ثم fetch…() ثم commit() ثم close()‏.

2العلامات بدل الدمج: ما يمنع حقن SQL

أخطر خطأ في هذه الطبقة هو بناء الجملة بدمج نصوص المستخدم داخلها. أي مدخل يحتوي علامة اقتباس يستطيع أن «يخرج» من القيمة ويكتب SQL خاصًا به. الحل أن تكتب الجملة بعلامات (%s في MySQLdb، و ? في sqlite3) وتمرّر القيم في وسيط ثانٍ؛ برنامج التشغيل هو من يُهرّب القيم بأمان.

3المعاملات (Transactions): لا تُحفظ التغييرات حتى commit

برنامج التشغيل يفتح معاملة ضمنيًا، فتبقى INSERT و UPDATE و DELETE معلّقة ولا يراها اتصال آخر حتى تستدعي commit()‏. وإن حدث خطأ في المنتصف فـrollback() يتراجع عن كل ما جرى منذ آخر commit‏. وجمل SELECT وحدها لا تحتاج commit‏.

4لماذا ORM؟ فجوة التمثيل

الصفوف تأتي من برنامج التشغيل صفوفًا خامًا (tuples مثل (1, 'Flat White', 1400))، فتصبح أنت المسؤول عن تذكّر أن الفهرس 2 هو السعر، وعن كتابة SQL لكل عملية، وعن تحويل الصفوف إلى كائنات. الـORM (Object-Relational Mapper) يلغي هذا العمل المتكرر بتعريف خريطة واحدة:

5مكونات SQLAlchemy الأربعة

6flush مقابل commit

flush يرسل الـSQL المعلّق إلى القاعدة داخل المعاملة (فيحصل الكائن الجديد على رقمه id) لكنه لا يحفظ نهائيًا. commit يعمل flush أولًا ثم يثبّت المعاملة. والجلسة تعمل flush تلقائيًا قبل أي استعلام، لذلك ترى تعديلاتك غير المثبتة في استعلاماتك التالية داخل نفس الجلسة.

كيف تتحدث بايثون مع القاعدة خطوة بخطوة؟

ثلاث صور تلخّص كل شيء: أين تقع كل طبقة، وماذا يحدث عند حفظ كائن، وما الحالات التي يمر بها الكائن.

الرسم 29: طبقات الوصول: المسار المنقّط هو الطريقة المباشرة بلا ORM، والمسار الكامل هو ما يحدث حين تستخدم ORM: وفي الحالتين يبقى برنامج التشغيل هو من يكلّم الخادم فعليًا.

الرسم 30: رحلة add ثم commit‏: لا SQL يُرسل عند add‏، وكل شيء يخرج دفعة واحدة عند commit (أو عند flush سابق له).

الرسم 31: دورة حياة الكائن مع الجلسة: أخطاء مثل «DetachedInstanceError» تعني غالبًا أنك لمست كائنًا بعد إغلاق جلسته.

1. أنشئ المحرك مرة واحدة عند بدء البرنامج، وعرّف الأصناف، واستدعِ create_all إن أردت إنشاء الجداول.
2. افتح جلسة لكل وحدة عمل قصيرة (طلب أو سكربت)، لا جلسة واحدة عالمية للأبد.
3. أنشئ الكائنات و add أو حمّلها بالاستعلام، ثم عدّل خصائصها كأي كائن بايثون.
4. استدعِ commit() مرة عند اكتمال الوحدة، أو rollback() عند أي خطأ.
5. أغلق الجلسة (يفعلها with عنك) وأعد الاتصال لحوض الاتصالات.

مثال تطبيقي: من SQL المباشر إلى الأصناف

نبقى في مقهانا (درس تصميم القواعد) بجدولين: baristas و drinks (كل مشروب يعدّه باريستا واحد). لتشغيل الأمثلة في أي جهاز بلا خادم نستخدم SQLite في الذاكرة؛ والانتقال إلى MySQL يغيّر سطر الاتصال فقط.

الخطوة 1: الطريقة المباشرة (DB-API)

import sqlite3

con = sqlite3.connect(":memory:")
cur = con.cursor()
cur.execute("CREATE TABLE drinks (id INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT NOT NULL, price_halalas INTEGER NOT NULL)")
cur.execute("INSERT INTO drinks (name, price_halalas) VALUES (?, ?)", ("Flat White", 1400))
cur.execute("INSERT INTO drinks (name, price_halalas) VALUES (?, ?)", ("Cortado", 1200))
con.commit()                      # بدونها لا تُحفظ التغييرات

cur.execute("SELECT name FROM drinks WHERE name = ?", ("Cortado",))
print(cur.fetchall())             # [('Cortado',)]
con.close()

ومع MySQL يبقى الهيكل نفسه ويتغير الاتصال ونمط العلامة (%s). لاحظ أن كلمة المرور تأتي من متغير بيئة لا من الكود:

import os
import MySQLdb

conn = MySQLdb.connect(host="localhost", port=3306, user="cafe_user",
                       passwd=os.environ["CAFE_DB_PASSWORD"], db="cafe", charset="utf8mb4")
cur = conn.cursor()
try:
    cur.execute("INSERT INTO drinks (name, price_halalas) VALUES (%s, %s)", ("V60", 1800))
    conn.commit()
except MySQLdb.Error:
    conn.rollback()
    raise
finally:
    cur.close()
    conn.close()

الخطوة 2: لماذا العلامات؟ جرّب الحقن بنفسك

evil = "x' OR '1'='1"

# آمن: القيمة تُعامل كنص واحد
cur.execute("SELECT name FROM drinks WHERE name = ?", (evil,))
print(cur.fetchall())             # []

# خطر: دمج النص يغيّر معنى الجملة
bad = "SELECT name FROM drinks WHERE name = '%s'" % evil
print(bad)    # SELECT name FROM drinks WHERE name = 'x' OR '1'='1'
cur.execute(bad)
print(cur.fetchall())             # [('Flat White',), ('Cortado',)]  كل الصفوف!

الخطوة 3: نفس العالم بالـORM: خريطة واحدة

from sqlalchemy import create_engine, Column, Integer, String, ForeignKey
from sqlalchemy.orm import declarative_base, relationship, Session

Base = declarative_base()

class Barista(Base):
    __tablename__ = "baristas"
    id = Column(Integer, primary_key=True)
    name = Column(String(60), nullable=False)
    drinks = relationship("Drink", back_populates="barista", order_by="Drink.id")

class Drink(Base):
    __tablename__ = "drinks"
    id = Column(Integer, primary_key=True)
    name = Column(String(60), nullable=False)
    price_halalas = Column(Integer, nullable=False)
    barista_id = Column(Integer, ForeignKey("baristas.id"))
    barista = relationship("Barista", back_populates="drinks")

    def __repr__(self):
        return f"Drink({self.name!r}, {self.price_halalas})"

# SQLite للتجربة. مع MySQL: "mysql+mysqldb://user:pass@localhost/cafe?charset=utf8mb4"
engine = create_engine("sqlite://", pool_pre_ping=True)
Base.metadata.create_all(engine)

الخطوة 4: إضافة كائنات ومشاهدة دورة الحياة

from sqlalchemy import inspect

with Session(engine) as s:
    d = Drink(name="Flat White", price_halalas=1400)
    print(inspect(d).transient)        # True   كائن جديد لا تعرفه أي جلسة
    s.add(d)
    print(inspect(d).pending)          # True   ينتظر الكتابة
    s.flush()
    print(inspect(d).persistent, d.id) # True 1  حصل على مفتاحه
    s.commit()

with Session(engine) as s:
    s.add_all([
        Barista(name="Noura", drinks=[Drink(name="Cortado", price_halalas=1200),
                                      Drink(name="Mocha", price_halalas=1600)]),
        Barista(name="Sultan", drinks=[Drink(name="V60", price_halalas=1800)]),
    ])
    s.commit()        # باريستا + مشروباتهم في معاملة واحدة، والمفاتيح الأجنبية تُملأ تلقائيًا

الخطوة 5: الاستعلام والتعديل

with Session(engine) as s:
    cheap = (s.query(Drink)
               .filter(Drink.price_halalas < 1500)
               .order_by(Drink.price_halalas)
               .all())
    print(cheap)                       # [Drink('Cortado', 1200), Drink('Flat White', 1400)]

    d = s.get(Drink, 1)                # بحث بالمفتاح الأساسي
    d.price_halalas = 1500             # تعديل الخاصية يكفي؛ لا UPDATE يدوي
    s.commit()
    print(s.query(Drink).filter_by(name="Flat White").one().price_halalas)   # 1500

الخطوة 6: فخ N+1: عدّ الاستعلامات

العلاقة تُحمَّل كسولًا (lazy) افتراضيًا: لا يُقرأ barista.drinks إلا عند أول وصول إليه. في حلقة على كل الباريستا يعني هذا استعلامًا واحدًا للباريستا + استعلامًا لكل واحد منهم. عددنا الاستعلامات بمستمع حدث على المحرك (before_cursor_execute) فكانت النتيجة:

from sqlalchemy.orm import joinedload

for b in s.query(Barista).options(joinedload(Barista.drinks)).order_by(Barista.id):
    print(b.name, [x.name for x in b.drinks])
# Noura ['Cortado', 'Mocha']
# Sultan ['V60']

خرافة مقابل حقيقة

أين يُستخدم هذا فعليًا؟

جرّب بنفسك

بطاقات مراجعة سريعة

اختبر فهمك