Python資料庫程式設計全指南SQLite和MySQL實踐

华为云开发者联盟發表於2024-03-28
Python資料庫程式設計SQLiteMySql

本文分享自華為雲社群《Python資料庫程式設計全指南SQLite和MySQL實踐》，作者： 檸檬味擁抱。

1. 安裝必要的庫

首先，我們需要安裝Python的資料庫驅動程式，以便與SQLite和MySQL進行互動。對於SQLite，Python自帶了支援；而對於MySQL，我們需要安裝額外的庫，如mysql-connector-python。

# 安裝 MySQL 聯結器
pip install mysql-connector-python

2. 連線SQLite資料庫

SQLite是一種輕量級的嵌入式資料庫，無需伺服器即可使用。以下是如何連線並操作SQLite資料庫的示例程式碼：

import sqlite3

# 連線到 SQLite 資料庫
conn = sqlite3.connect('example.db')

# 建立一個遊標物件
cursor = conn.cursor()

# 建立表
cursor.execute('''CREATE TABLE IF NOT EXISTS users
                  (id INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT, age INTEGER)''')

# 插入資料
cursor.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", ('Alice', 30))
cursor.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", ('Bob', 25))

# 查詢資料
cursor.execute("SELECT * FROM users")
rows = cursor.fetchall()
for row in rows:
    print(row)

# 提交併關閉連線
conn.commit()
conn.close()

3. 連線MySQL資料庫

MySQL是一種常見的關係型資料庫管理系統。使用Python連線MySQL需要使用相應的庫，比如mysql-connector-python。以下是連線並操作MySQL資料庫的示例程式碼：

import mysql.connector

# 連線到 MySQL 資料庫
conn = mysql.connector.connect(
    host="localhost",
    user="username",
    password="password",
    database="mydatabase"
)

# 建立一個遊標物件
cursor = conn.cursor()

# 建立表
cursor.execute('''CREATE TABLE IF NOT EXISTS users
                  (id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, name VARCHAR(255), age INT)''')

# 插入資料
sql = "INSERT INTO users (name, age) VALUES (%s, %s)"
val = ("Alice", 30)
cursor.execute(sql, val)

# 查詢資料
cursor.execute("SELECT * FROM users")
rows = cursor.fetchall()
for row in rows:
    print(row)

# 提交併關閉連線
conn.commit()
conn.close()

4. 程式碼解析

  • 連線資料庫：使用sqlite3.connect()連線SQLite資料庫，使用mysql.connector.connect()連線MySQL資料庫。

  • 建立表：透過執行SQL語句建立表，使用cursor.execute()方法執行。

  • 插入資料：執行插入資料的SQL語句，使用cursor.execute()方法並傳入引數。

  • 查詢資料：執行查詢資料的SQL語句，使用cursor.execute()方法，然後使用cursor.fetchall()獲取所有查詢結果。

  • 提交和關閉連線：對於SQLite，使用conn.commit()提交事務並使用conn.close()關閉連線。對於MySQL，同樣使用conn.commit()提交事務，但需要使用conn.close()關閉連線。

透過這些示例程式碼，你可以輕鬆地使用Python連線和操作SQLite和MySQL資料庫。務必記住在實際應用中，要處理好異常情況，並採取安全措施，如防止SQL隱碼攻擊等。

5. 資料庫連線引數

在連線資料庫時，需要提供一些引數以確保正確的連線。對於SQLite，只需提供資料庫檔案的路徑即可。而對於MySQL，除了資料庫名稱外，還需要提供主機名、使用者名稱和密碼等資訊。

  • 對於SQLite連線：

sqlite3.connect('example.db')

  • 對於MySQL連線：

    conn = mysql.connector.connect(
    host="localhost",
    user="username",
    password="password",
    database="mydatabase"
)

6. 資料庫操作的異常處理

在實際應用中，資料庫操作可能會出現各種異常情況，比如連線失敗、SQL語法錯誤等。因此，在進行資料庫操作時，務必新增適當的異常處理機制，以提高程式的健壯性和穩定性。

以下是一個簡單的異常處理示例：

import sqlite3
import mysql.connector

try:
    # SQLite 連線
    conn_sqlite = sqlite3.connect('example.db')
    cursor_sqlite = conn_sqlite.cursor()

    # MySQL 連線
    conn_mysql = mysql.connector.connect(
        host="localhost",
        user="username",
        password="password",
        database="mydatabase"
    )
    cursor_mysql = conn_mysql.cursor()

    # 進行資料庫操作（省略）

except sqlite3.Error as e:
    print("SQLite error:", e)

except mysql.connector.Error as e:
    print("MySQL error:", e)

finally:
    # 關閉連線
    if conn_sqlite:
        conn_sqlite.close()
    if conn_mysql:
        conn_mysql.close()

7. 引數化查詢

在執行SQL語句時，尤其是涉及使用者輸入的情況下，應該使用引數化查詢來防止SQL隱碼攻擊。引數化查詢可以確保使用者輸入不會被誤解為SQL程式碼的一部分。

下面是一個使用引數化查詢的示例：

import sqlite3
import mysql.connector

# SQLite 連線
conn_sqlite = sqlite3.connect('example.db')
cursor_sqlite = conn_sqlite.cursor()

# MySQL 連線
conn_mysql = mysql.connector.connect(
    host="localhost",
    user="username",
    password="password",
    database="mydatabase"
)
cursor_mysql = conn_mysql.cursor()

# 引數化查詢
name = "Alice"
age = 30

# SQLite 引數化查詢
cursor_sqlite.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", (name, age))

# MySQL 引數化查詢
sql = "INSERT INTO users (name, age) VALUES (%s, %s)"
val = (name, age)
cursor_mysql.execute(sql, val)

# 提交事務並關閉連線
conn_sqlite.commit()
conn_sqlite.close()

conn_mysql.commit()
conn_mysql.close()

8. ORM框架

ORM（Object-Relational Mapping）框架可以將資料庫表的行對映為Python物件，簡化了資料庫操作。在Python中，有許多流行的ORM框架，比如SQLAlchemy、Django的ORM等。這些框架提供了高階的抽象和功能，使得與資料庫的互動更加方便和直觀。

以下是一個使用SQLAlchemy進行資料庫操作的示例：

from sqlalchemy import create_engine, Column, Integer, String
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

# 建立引擎
engine = create_engine('sqlite:///example.db', echo=True)

# 宣告基類
Base = declarative_base()

# 定義對映類
class User(Base):
    __tablename__ = 'users'

    id = Column(Integer, primary_key=True)
    name = Column(String)
    age = Column(Integer)

# 建立資料表
Base.metadata.create_all(engine)

# 建立會話
Session = sessionmaker(bind=engine)
session = Session()

# 插入資料
user1 = User(name='Alice', age=30)
user2 = User(name='Bob', age=25)
session.add(user1)
session.add(user2)
session.commit()

# 查詢資料
users = session.query(User).all()
for user in users:
    print(user.id, user.name, user.age)

# 關閉會話
session.close()

9. 使用SQLite記憶體資料庫

除了連線到檔案中的SQLite資料庫，還可以使用SQLite記憶體資料庫。SQLite記憶體資料庫完全儲存在RAM中，對於臨時性的資料處理或測試非常方便。

以下是一個使用SQLite記憶體資料庫的示例：

import sqlite3

# 連線到記憶體資料庫
conn = sqlite3.connect(':memory:')

# 建立一個遊標物件
cursor = conn.cursor()

# 建立表
cursor.execute('''CREATE TABLE users
                  (id INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT, age INTEGER)''')

# 插入資料
cursor.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", ('Alice', 30))
cursor.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", ('Bob', 25))

# 查詢資料
cursor.execute("SELECT * FROM users")
rows = cursor.fetchall()
for row in rows:
    print(row)

# 提交併關閉連線
conn.commit()
conn.close()

10. 資料庫連線池

在高併發的應用中，頻繁地開啟和關閉資料庫連線會消耗大量資源。為了提高效能，可以使用資料庫連線池技術，將資料庫連線預先建立好並儲存在池中，需要時從池中獲取連線，使用完畢後歸還到池中。

以下是使用sqlitepool庫實現SQLite資料庫連線池的示例：

from sqlitepool import ConnectionPool

# 建立資料庫連線池
pool = ConnectionPool('example.db', max_connections=5)

# 從連線池中獲取連線
conn = pool.getconn()

# 建立遊標物件
cursor = conn.cursor()

# 執行查詢
cursor.execute("SELECT * FROM users")
rows = cursor.fetchall()
for row in rows:
    print(row)

# 釋放連線回連線池
pool.putconn(conn)

11. 效能最佳化

在進行大規模資料操作時，需要考慮效能最佳化。一些常見的效能最佳化策略包括：

  • 使用索引來加速查詢。
  • 合理設計資料庫結構，避免過度規範化或反規範化。
  • 批次運算元據，減少資料庫互動次數。
  • 快取查詢結果，減少重複查詢資料庫的次數。

12. 使用非同步資料庫庫

隨著非同步程式設計的流行，出現了許多支援非同步操作的資料庫庫，如aiosqlite和aiomysql。這些庫可以與非同步框架（如asyncio）結合使用，提高程式的併發效能。

以下是一個使用aiosqlite庫進行非同步SQLite資料庫操作的示例：

import asyncio
import aiosqlite

async def main():
    # 連線到 SQLite 資料庫
    async with aiosqlite.connect('example.db') as db:
        # 建立一個遊標物件
        cursor = await db.cursor()

        # 建立表
        await cursor.execute('''CREATE TABLE IF NOT EXISTS users
                               (id INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT, age INTEGER)''')

        # 插入資料
        await cursor.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", ('Alice', 30))
        await cursor.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", ('Bob', 25))

        # 查詢資料
        await cursor.execute("SELECT * FROM users")
        rows = await cursor.fetchall()
        for row in rows:
            print(row)

# 執行非同步主程式
asyncio.run(main())

13. 資料庫遷移

在實際專案中，隨著需求的變化，可能需要對資料庫結構進行修改，這時候就需要進行資料庫遷移（Migration）。資料庫遷移工具可以幫助我們管理資料庫結構變更的過程，並確保資料的一致性。

對於SQLite，可以使用sqlite3自帶的支援。對於MySQL等資料庫，常用的遷移工具包括Alembic、django.db.migrations等。

以下是一個簡單的資料庫遷移示例（以SQLite為例）：

import sqlite3

# 連線到 SQLite 資料庫
conn = sqlite3.connect('example.db')
cursor = conn.cursor()

# 執行遷移操作（修改表結構）
cursor.execute("ALTER TABLE users ADD COLUMN email TEXT")

# 提交併關閉連線
conn.commit()
conn.close()

14. 備份與恢復

定期備份資料庫是保障資料安全的重要措施之一。備份可以透過資料庫管理工具或程式設計方式來實現，具體方法取決於資料庫型別和需求。

以下是一個簡單的備份資料庫的示例（以SQLite為例）：

import shutil

# 備份資料庫檔案
shutil.copyfile('example.db', 'example_backup.db')

在實際應用中，備份資料庫時需要考慮資料庫是否處於活動狀態、備份檔案儲存位置、備份週期等因素。

15. 使用環境變數管理資料庫連線資訊

在實際專案中，將資料庫連線資訊硬編碼在程式碼中可能不夠安全或不夠靈活。一種更好的做法是使用環境變數來管理敏感資訊，比如資料庫的主機名、使用者名稱和密碼等。

以下是一個使用環境變數管理資料庫連線資訊的示例：

import os
import sqlite3
import mysql.connector

# 從環境變數中獲取資料庫連線資訊
DB_HOST = os.getenv('DB_HOST', 'localhost')
DB_USER = os.getenv('DB_USER', 'username')
DB_PASSWORD = os.getenv('DB_PASSWORD', 'password')
DB_NAME = os.getenv('DB_NAME', 'mydatabase')

# SQLite 連線
conn_sqlite = sqlite3.connect('example.db')
cursor_sqlite = conn_sqlite.cursor()

# MySQL 連線
conn_mysql = mysql.connector.connect(
    host=DB_HOST,
    user=DB_USER,
    password=DB_PASSWORD,
    database=DB_NAME
)
cursor_mysql = conn_mysql.cursor()

# 進行資料庫操作（省略）

# 關閉連線
conn_sqlite.close()
conn_mysql.close()

透過使用環境變數，我們可以輕鬆地在不同的環境中切換資料庫連線資訊，而無需修改程式碼。

16. 使用配置檔案管理資料庫連線資訊

除了使用環境變數，還可以使用配置檔案來管理資料庫連線資訊。這種方法更加靈活，可以根據需要配置不同的環境，如開發環境、測試環境和生產環境等。

以下是一個使用配置檔案管理資料庫連線資訊的示例：

import configparser
import sqlite3
import mysql.connector

# 從配置檔案中讀取資料庫連線資訊
config = configparser.ConfigParser()
config.read('config.ini')

DB_HOST = config.get('Database', 'host')
DB_USER = config.get('Database', 'user')
DB_PASSWORD = config.get('Database', 'password')
DB_NAME = config.get('Database', 'database')

# SQLite 連線
conn_sqlite = sqlite3.connect('example.db')
cursor_sqlite = conn_sqlite.cursor()

# MySQL 連線
conn_mysql = mysql.connector.connect(
    host=DB_HOST,
    user=DB_USER,
    password=DB_PASSWORD,
    database=DB_NAME
)
cursor_mysql = conn_mysql.cursor()

# 進行資料庫操作（省略）

# 關閉連線
conn_sqlite.close()
conn_mysql.close()

透過配置檔案的方式，我們可以將資料庫連線資訊集中管理，便於維護和修改。

17. 資料庫連線的安全性考慮

在連線資料庫時，需要考慮安全性問題，特別是涉及到密碼和敏感資訊的處理。一些常見的安全性措施包括：

  • 不要將敏感資訊硬編碼在程式碼中，而是使用環境變數或配置檔案管理。
  • 使用加密技術保護敏感資訊在傳輸過程中的安全性。
  • 使用強密碼，並定期更換密碼。
  • 限制資料庫使用者的許可權，避免賦予過高的許可權。

透過採取這些安全性措施，可以有效保護資料庫連線資訊和資料的安全。

總結

本文介紹了使用Python進行資料庫連線與操作的多種方法和技術。首先，我們學習瞭如何使用Python連線和操作SQLite和MySQL資料庫，包括建立表、插入資料、查詢資料等基本操作。然後，我們探討了一些高階技術，如引數化查詢、ORM框架、非同步資料庫庫、資料庫遷移、備份與恢復等，這些技術可以提高資料庫操作的效率和安全性。此外，我們還介紹瞭如何使用環境變數和配置檔案來管理資料庫連線資訊，以及一些資料庫連線的安全性考慮。透過這些技術和方法，我們可以更好地管理和保護資料庫，使得資料庫程式設計更加安全、靈活和高效。

在實際專案中，我們需要根據專案需求和安全標準選擇合適的技術和工具，確保資料庫連線和操作的安全性和可靠性。同時，我們也要不斷學習和探索新的技術，以跟上資料庫領域的發展和變化。希望本文能夠幫助讀者更好地理解和應用Python資料庫程式設計的相關知識，為實際專案開發提供幫助和指導。

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