Так вышло, что на заре моей карьеры в IT меня покусал Oracle -- тогда я ещё не знал ни одной ORM, но уже шпарил SQL и знал, насколько огромны возможности БД. Знакомство с DjangoORM ввело меня в глубокую фрустрацию. Вместо возможностей -- хрена с два, а не составной первичный ключ или оконные функции. Специфические фичи БД проще забыть. Добивало то, что по цене нулевой гибкости мне продавали падение же производительности -- сборка ORM-запроса не бесплатная. Ну и вишенка на торте -- в дополнение к синтаксису SQL надо знать ещё и синтаксис ORM, который этот SQL сгенерирует. Недостатки, которые я купил за дополнительную когнитивную нагрузку -- вот уж где достижение индустрии. Поэтому я всерьёз считал, что без ORM проще, гибче и в разы производительнее -- ведь у вас в руках все возможности БД. Так вот, эта история с SQLAlchemy -- счастливая история о том, как я заново открыл для себя ORM. В этой статье я расскажу, как я вообще докатился до такой жизни, о некоторых подводных камнях SQLAlchemy, и под конец перейду к тому, что вызвало у меня бурный восторг, которым попытаюсь с вами поделиться. Я занимался оптимизацией SQL-запросов. Мне удавалось добиться стократного и более уменьшения cost запросов, в основном для Oracle и Firebird. Я проводил исследования, экспериментировал с индексами. Я видел в жизни много схем БД: среди них были как некоторое дерьмо, так и продуманные гибкие и расширяемые инженерные решения. Этот опыт сформировал у меня систему взглядов касательно БД: ORM не позволяет забыть о проектировании БД, если вы не хотите завтра похоронить проект Переносимость -- миф, а не аргумент: Если ваш проект работает с postgres через ORM, то вы на локальной машине разворачиваете в докере postgres, а не работаете с sqlite Вы часто сталкивались с переходом на другую БД? Не пишите только "Однажды мы решили переехать..." -- это было однажды. Если же это происходит часто или заявленная фича, оправданная разными условиями эксплуатации у разных ваших клиентов -- милости прошу в обсуждения У разных БД свои преимущества и болячки, всё это обусловлено разными структурами данных и разными инженерными решениями. И если при написании приложения мы используем верхний мозг, мы пытаемся избежать этих болячек. Тема глубокая, и рассмотрена в циклах лекций Базы данных для программиста и Транзакции от Владимира Кузнецова Структура таблиц определяется вашими данными, а не ограничениями вашей ORM Естественно, я ещё и код вне БД писал, и касательно этого кода у меня тоже сформировалась система взглядов: Контроллер должен быть тонким, а лучший код -- это тот код, которого нет. Код ORM -- это часть контроллера. И если код контроллера спрятан в библиотеку, это не значит, что он стал тонким -- он всё равно исполняется Контроллер, выполняющий за один сеанс много обращений к БД -- это очень тонкий лёд Я избегаю повсеместного использования ActiveRecord -- это верный способ как работать с неконсистентными данными, так и незаметно для себя сгенерировать бесконтрольное множество обращений к БД Оптимизация работы с БД сводится к тому, что мы не читаем лишние данные. Есть смысл запросить только интересующий нас список колонок Часть данных фронт всё равно запрашивает при инициализации. Чаще всего это категории. В таких случаях нам достаточно отдать только id Отладка всех новых запросов ORM обязательна. Всегда надо проверять, что там ORM высрала (тут пара сочных примеров), дабы не было круглых глаз. Даже при написании этой статьи у меня был косяк как раз по этому пункту Идея сокращения по возможности количества выполняемого кода в контроллере приводит меня к тому, что проще всего возиться не с сущностями, а сразу запросить из БД в нужном виде данные, а выхлоп можно сразу отдать сериализатору JSON. Все вопросы данной статьи происходят из моего опыта и системы взглядов Мы разные, и у нас всех разный фокус внимания. Я общался с разными разработчиками. Я видел разные позиции, от "да не всё ли равно, что там происходит? Работает же" до "я художник, у меня справка есть". При этом у некоторых из них были другие сильные стороны. Различие позиций -- это нормально. Невозможно фокусироваться на всех аспектах одновременно. Мне, например, с большего без разницы, как по итогу фронт визуализирует данные, хотя я как бы фулстэк. Чем я отличаюсь от "да не всё ли равно, что там происходит"? Протокол? Да! Стратегия и оптимизация рендеринга? Да! Упороться в WebGL? Да! А что по итогу на экране -- пофиг. Первое, что бросилось в глаза -- возможность писать DML-запросы в стиле SQL, но в синтаксисе python: Этим примером кода я хочу сказать, что ORM не пытается изобрести свои критерии, вместо этого она пытается дать нечто, максимально похожее на SQL. К сожалению, я заменил реальный фрагмент ORM-запроса текущего проекта, ибо NDA. Пример крайне примитивен -- он даже без подзапросов. Кажется, в моём текущем проекте таких запросов единицы. Естественно, я сразу стал искать, как тут дела с составными первичными ключами -- и они есть! И оконные функции, и CTE, и явный JOIN, и много чего ещё! Для особо тяжёлых случаев можно даже впердолить SQL хинты! Дальнейшее погружение продолжает радовать: я не сталкивался ни с одним вопросом, который решить было невозможно из-за архитектурных ограничений. Правда, некоторые свои вопросы я решал через monkey-patching. Насколько крутым и гибким бы ни было API, краеугольным камнем является вопрос производительности. Сегодня вам может и хватит 10 rps, а завтра вы пытаетесь масштабироваться, и если затык в БД -- поздравляю, вы мертвы. Производительность query builder в SQLAlchemy оставляет желать лучшего. Благо, это уровень приложения, и тут масштабирование вас спасёт. Но можно ли это как-то обойти? Можно ли как-то нивелировать низкую производительность query builder? Нет, серьёзно, какой смысл тратить мощности ради увеличения энтропии Вселенной? В принципе, нам на python не привыкать искать обходные пути: например, python непригоден для реализации числодробилок, поэтому вычисления принято выкидывать в сишные либы. Для SQLAlchemy тоже есть обходные пути, и их сразу два, и оба сводятся к кэшированию по разным стратегиям. Первый -- применение bindparam и lru_cache. Второй предлагает документация -- future_select. Рассмотрим их преимущества и недостатки. bindparam + lru_cache Это самое простое и при этом самое производительное решение. Мы покупаем производительность по цене памяти -- просто кэшируем собранный объект запроса, который в себе кэширует отрендеренный запрос. Это выгодно до тех пор, пока нам не грозит комбинаторный взрыв, то есть пока число вариаций запроса находится в разумных пределах. В своём проекте в большинстве представлений я использую именно этот подход. Для удобства я применяю декоратор cached_classmethod, реализующий композицию декораторов classmethod и lru_cache: Для статических представлений тут всё понятно -- функция, создающая ORM-запрос не должна принимать параметров. Для динамических представлений можно добавить аргументы функции. Так как lru_cache под капотом использует dict, аргументы должны быть хешируемыми. Я остановился на варианте, когда функция-обработчик запроса генерирует "сводку" запроса и параметры, передаваемые в сгенерированный запрос во время непосредственно исполнения. "Сводка" запроса реализует что-то типа плана ORM-запроса, на основании которой генерируется сам объект запроса -- это хешируемый инстанс frozenset, который в моём примере называется query_params: В простейшем случае query_params можно получить, просто преобразовав ключи query_kwargs во frozenset. Обращаю ваше внимание, что это не всегда справедливо: флаги в query_params запросто могут поменять сам SQL-запрос при неизменных query_kwargs. На всякий случай предупреждаю: не стоит слепо копировать код. Разберитесь с ним, адаптируйте под свой проект. Даже у меня данный код на самом деле выглядит немного иначе, он намеренно упрощён, из него выкинуты некоторые несущественные детали. Сколько же памяти я заплатил за это? А немного. На все вариации запросов я расходую не более мегабайта. future_select В отличие от дубового первого варианта, future_select кэширует куски SQL-запросов, из которых итоговый запрос собирается очень быстро. Всем хорош вариант: и высокая производительность, и низкое потребление памяти. Читать такой код сложно, сопровождать дико: Этот вариант я обязательно задействую, когда дело будет пахнуть комбинаторным взрывом. По идее, future_select через FutureSelectWrapper можно пользоваться почти как старым select, что нивелирует дикий синтаксис: Я обращаю ваше внимание, что это лишь наброски. Я их ни разу не запускал. Необходимы дополнительные исследования. Промежуточный вывод: низкую производительность query builder в SQLAlchemy можно нивелировать кэшем запросов. Дикий синтаксис future_select можно спрятать за фасадом. А ещё я не уделил должного внимания prepared statements. Эти исследования я проведу чуть позже. Мы добрались главного -- ради этого раздела я писал статью. В этом разделе я поделюсь своими откровениями, посетившими меня в процессе работы. Модульность Когда я реализовывал на SQL дикую аналитику, старой болью отозвалось отсутствие модульности и интроспекции. При последующем переносе на ORM у меня уже была возможность выкинуть весь подзапрос поля FROM в отдельную функцию (по факту метод класса), а в последующем эти функции было легко комбинировать и на основании флагов реализовывать паттерн Стратегия, а также исключать дублирование одинакового функционала через наследование. Собственные типы Если данные обладают хитрым поведением, или же хитро преобразуются, совершенно очевидно, что их надо выкинуть на уровень модели. Я столкнулся с двумя вопросами: хранение цвета и работа с ENUM. Погнали по порядку. Создание собственных простых типов рассмотрено в документации: Сыр-бор тут только в том, что мне стрельнуло хранить цвета не строками, а интами. Это исключает некорректность данных, но усложняет их сериализацию и десериализацию. Теперь про ENUM. Меня категорически не устроило, что документация предлагает хранить ENUM в базе в виде VARCHAR. Особенно уникальные целочисленные Enum хотелось хранить интами. Очевидно, объявлять этот тип мы должны, передавая аргументом целевой Enum. Ну раз String при объявлении требует указать длину -- задача, очевидно, уже решена. Штудирование исходников вывело меня на TypeEngine -- и тут вместо примеров использования вас встречает "our source code is open 24/7". Но тут всё просто: Обратите внимание: обе функции -- result_processor и bind_processor -- должны вернуть функцию. Собственные функции, тайп-хинты и вывод типов Дальше больше. Я столкнулся со странностями реализации json_arrayagg в mariadb: в случае пустого множества вместо NULL возвращается строка "[NULL]" -- что ни под каким соусом не айс. Как временное решение я накостылил связку из group_concat, coalesce и concat. В принципе неплохо, но: При вычитывании результата хочется нативного преобразования строки в JSON. Если делать что-то универсальное, то оказывается, что строки надо экранировать. Благо, есть встроенная функция json_quote. Про которую SQLAlchemy не знает. А ещё хочется найти workaround-функции в объекте sqlalchemy.func Оказывается, в SQLAlchemy эти проблемы решаются совсем влёгкую. И если тайп-хинты мне показались просто удобными, то вывод типов поверг меня в восторг: типозависимое поведение можно инкапсулировать в саму функцию, что сгенерирует правильный код на SQL. В рамках эксперимента я также написал функцию json_object_wrapper, которая из переданных полей собирает json, где ключи -- это имена полей. Буду использовать или нет -- ХЗ. Причём тот факт, что эти макроподстановки не просто работают, а даже правильно, меня немного пугает. PS: Да, в случае json_object_wrapper я изначально допустил ошибку. Я человек простой: вижу константу -- вношу её в код. Что привело к ненужным bindparam на месте ключей этого json_object. Мораль -- держите ORM в ежовых рукавицах. Упустите что-то -- и она вам такого нагенерит! Только literal_column позволяет надёжно захардкодить константу в тело SQL-запроса. Такие макроподстановки позволяют сгенерировать огромную кучу SQL кода, который будет выполнять логику формирования представлений. И что меня восхищает -- эта куча кода работает эффективно. Ещё интересный момент -- эти макроподстановки позволят прозрачно реализовать паттерн Стратегия -- я надеюсь, поведение json_arrayagg пофиксят в следующих релизах MariaDB, и тогда я смогу своё костылище заменить на связку json_arrayagg+coalesce незаметно для клиентского кода. SQLAlchemy позволяет использовать преимущества наследования и полиморфизма (и даже немного иннкапсуляции. Флеш-рояль, однако) в SQL. При этом она не загоняет вас в рамки задач уровня Hello, World! архитектурными ограничениями, а наоборот даёт вам максимум возможностей. Субъективно это прорыв. Я обожаю реляционные базочки, и наконец-то я получаю удовольствие от реализации хитрозакрученной аналитики. У меня в руках все преимущества ООП и все возможности SQL.  Разработчик