练习题 - Django 4.x Models Meta 元数据选项

在 Django 中，Meta 类是模型定义的一部分，用于配置模型的各种行为特性。通过使用 Meta 元数据选项，开发者可以控制模型的排序、权限、数据库表名等属性，提供了灵活性和定制化。在实际的 web 应用开发中，合理配置 Meta 选项能够帮助开发者更好地管理数据模型，提升代码的可读性和维护性。

本次练习题将通过一系列真实的场景示例，帮助自学编程的用户深入理解和掌握 Django 模型中的 Meta 元数据选项。练习题将从基本配置开始，逐步深入到复杂的自定义选项设置，旨在让学习者能够全面掌握 Meta 的使用技巧和最佳实践。

基本的 Meta 选项使用

设置模型的排序顺序（难度：低）

在 Django 中，为了方便在查询结果中按特定字段排序，可以使用 Meta 类中的 ordering 选项。请创建一个表示博客文章的模型 Post，并设置默认的排序顺序为按发布时间 published_date 降序排列。

需要在模型的 Meta 类中定义 ordering 选项。ordering 是一个元组或列表，指定默认的排序字段。降序排序使用字段名前加负号（-）。

from django.db import models

class Post(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=200)
    content = models.TextField()
    published_date = models.DateTimeField()

    class Meta:
        ordering = ['-published_date']

Post 模型中，Meta 类的 ordering 选项设置为 ['-published_date']，表示查询结果默认按 published_date 降序排列。这使得在获取博客文章列表时，最新发布的文章会排在最前面。

通过这道题目，学习者了解了如何使用 Meta 类的 ordering 选项来设置模型的默认排序规则。这种设置在实际开发中非常常见，可以极大地方便数据的排序和显示。

设置自定义数据库表名和单复数形式（难度：中）

默认情况下，Django 为每个模型生成一个数据库表名（应用名_模型名），并自动生成模型名称的复数形式。请创建一个模型 Event，并自定义其数据库表名为 my_event，同时设置复数形式为 Events。

在 Meta 类中使用 db_table 选项来指定自定义数据库表名，使用 verbose_name_plural 选项来指定自定义复数形式。

from django.db import models

class Event(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)
    date = models.DateTimeField()

    class Meta:
        db_table = 'my_event'
        verbose_name_plural = 'Events'

在 Event 模型的 Meta 类中，db_table 设置为 'my_event'，指定数据库表名为 my_event 而不是默认的 appname_event。verbose_name_plural 设置为 'Events'，指定在 Django admin 中显示的复数形式为 Events。

通过这道题目，学习者可以掌握如何使用 Meta 类的 db_table 和 verbose_name_plural 选项自定义模型的数据库表名和显示的复数形式。这种定制化设置在需要符合特定数据库命名规则时非常有用。

设置模型的权限和只读属性（难度：高）

在某些应用场景下，模型可能需要定义特定的权限，例如只有特定用户组可以查看或修改某个模型的实例。同时，还可以通过 Meta 设置模型为只读模式。请创建一个模型 Report，定义两个权限：can_view_report 和 can_edit_report，并设置为只读模式。

需要在 Meta 类中使用 permissions 选项定义自定义权限，并使用 managed = False 设置模型为只读（不受 Django 管理）。

from django.db import models

class Report(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=200)
    content = models.TextField()

    class Meta:
        permissions = [
            ('can_view_report', 'Can view report'),
            ('can_edit_report', 'Can edit report'),
        ]
        managed = False

在 Report 模型的 Meta 类中，permissions 是一个元组列表，每个元组包含权限代码名称和人类可读的权限描述。通过这种方式，定义了两个自定义权限：can_view_report 和 can_edit_report。managed = False 选项表示 Django 不会自动创建或修改这个模型对应的数据库表，使模型处于只读状态。

这道题目展示了如何通过 Meta 类的 permissions 选项来定义自定义权限，以及如何使用 managed = False 设置模型为只读模式。掌握这些技巧可以帮助开发者更好地控制模型的行为和权限管理，特别是在安全性要求较高的应用中。

复杂的 Meta 选项设置

设置联合主键和唯一约束（难度：低）

在某些情况下，需要确保数据库表中的某些字段组合是唯一的，例如一个用户在一个项目中只能有一个特定的角色。请创建一个模型 ProjectMember，包含字段 user 和 project，并确保在同一个项目中，每个用户的角色是唯一的。

可以通过 Meta 类中的 unique_together 选项来实现联合唯一约束，确保 user 和 project 字段的组合在数据库中是唯一的。

from django.db import models

class Project(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)

class User(models.Model):
    username = models.CharField(max_length=100)

class ProjectMember(models.Model):
    user = models.ForeignKey(User, on_delete=models.CASCADE)
    project = models.ForeignKey(Project, on_delete=models.CASCADE)
    role = models.CharField(max_length=100)

    class Meta:
        unique_together = ('user', 'project')

ProjectMember 模型中，Meta 类的 unique_together 选项指定了 ('user', 'project') 作为联合唯一约束，这意味着在同一个 project 中，user 字段的组合必须是唯一的。通过这种方式，可以防止同一个用户在一个项目中重复添加同一个角色。

这道题目介绍了如何使用 Meta 类的 unique_together 选项来设置联合唯一约束。联合唯一约束在确保数据一致性和防止重复数据输入方面非常有用。

设置数据库索引和联合索引（难度：中）

在实际开发中，为了提高查询效率，可以在数据库表的某些字段上设置索引。尤其是涉及多个字段的复杂查询时，联合索引可以大大提升性能。请创建一个模型 Order，包含字段 order_number 和 customer，并为这两个字段设置联合索引。

需要使用 Meta 类中的 indexes 选项来定义自定义的数据库索引。indexes 接受一个 Index 对象的列表，用于指定索引的字段。

from django.db import models

class Customer(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)

class Order(models.Model):
    order_number = models.CharField(max_length=100)
    customer = models.ForeignKey(Customer, on_delete=models.CASCADE)
    date = models.DateTimeField(auto_now_add=True)

    class Meta:
        indexes = [
            models.Index(fields=['order_number', 'customer']),
        ]

Order 模型中，Meta 类的 indexes 选项用于创建一个联合索引，这个索引涵盖了 order_number 和 customer 字段。使用 models.Index 来定义索引，fields 参数指定了要索引的字段。联合索引有助于优化涉及多个字段的查询性能，尤其是在数据量较大的情况下。

通过这道题目，学习者可以学会如何在 Django 中使用 Meta 类的 indexes 选项创建自定义的数据库索引。索引对于提高查询性能非常重要，是数据库优化的关键技术之一。

控制数据库事务和锁定行为（难度：高）

在某些高并发场景下，需要精细控制数据库的事务行为，确保数据的完整性和一致性。Django 允许通过 Meta 类的 select_on_save 选项控制模型的保存行为。请创建一个模型 Inventory，表示商品库存，每次保存时检查库存是否充足，确保高并发情况下的数据一致性。

使用 select_on_save 选项可以在保存对象时强制进行选择（SELECT）操作，确保更新操作是在最新的数据基础上进行。还需要使用事务控制来确保并发操作的正确性。

from django.db import models, transaction
from django.core.exceptions import ValidationError

class Inventory(models.Model):
    product_name = models.CharField(max_length=100)
    quantity = models.PositiveIntegerField()

    class Meta:
        select_on_save = True

    def save(self, *args, **kwargs):
        with transaction.atomic():
            if self.quantity < 0:
                raise ValidationError('Quantity cannot be negative')
            super().save(*args, **kwargs)

Inventory 模型的 Meta 类设置了 select_on_save = True，这会在每次保存时进行选择操作以检查最新的数据。自定义 save 方法在保存之前使用事务（transaction.atomic()）来确保库存数量的检查和保存操作是原子的。如果库存量小于零，抛出 ValidationError。这种方法在高并发场景下确保了数据的一致性和完整性。

这道题目展示了如何使用 Meta 类的 select_on_save 选项和事务控制来管理高并发场景下的数据一致性问题。通过精细控制模型的保存和锁定行为，开发者可以更好地应对复杂的并发操作和数据完整性挑战。