Python数据库操作：掌握数据库交互与数据操作技术

# 1. Python数据库操作概述

Python作为一门强大的编程语言，在数据库操作方面具有丰富的库和工具。本章将概述Python与数据库交互的基础知识，包括数据库连接、SQL语句执行、结果处理等内容。通过对这些基础概念的理解，开发者可以为后续的数据库操作打下坚实的基础。

# 2. Python数据库交互基础

### 2.1 数据库连接和断开

#### 2.1.1 数据库连接池的创建和使用

在实际应用中，频繁创建和销毁数据库连接会消耗大量的资源，导致性能下降。因此，通常使用数据库连接池来管理数据库连接。连接池是一种存储预先建立的数据库连接的机制，可以快速提供可用的连接，避免了重复创建和销毁连接的开销。

在 Python 中，可以使用 `sqlalchemy` 库创建和使用数据库连接池。`sqlalchemy` 提供了一个 `create_engine()` 函数，用于创建数据库引擎，并可以指定连接池参数。

from sqlalchemy import create_engine

# 创建数据库引擎，并指定连接池参数
engine = create_engine(
    "mysql+pymysql://username:password@host:port/database",
    pool_size=5,  # 连接池大小
    max_overflow=2,  # 超过连接池大小时，最多创建的额外连接数
    pool_timeout=30,  # 连接池中连接的最大空闲时间，超过此时间将被销毁
)

#### 2.2 SQL语句的执行和结果处理

### 2.2.1 SQL语句的拼接和参数化

在 Python 中，可以使用 `cursor.execute()` 方法执行 SQL 语句。为了防止 SQL 注入攻击，建议使用参数化查询，将参数值与 SQL 语句分开。

import pymysql

# 建立数据库连接
conn = pymysql.connect(
    host="localhost",
    user="username",
    password="password",
    database="database",
)

# 创建游标
cursor = conn.cursor()

# 使用参数化查询执行 SQL 语句
sql = "SELECT * FROM users WHERE name = %s"
cursor.execute(sql, ("John Doe",))

# 获取查询结果
results = cursor.fetchall()

# 关闭游标和连接
cursor.close()
conn.close()

### 2.2.2 查询结果的遍历和处理

执行 SQL 查询后，可以通过游标的 `fetchall()` 方法获取查询结果。查询结果是一个元组列表，每个元组代表一条记录。

# 遍历查询结果
for row in results:
    # 访问记录中的字段值
    print(row[0], row[1], row[2])

# 3. Python数据库操作进阶

### 3.1 事务处理

#### 3.1.1 事务的开始、提交和回滚

事务是数据库操作中一个不可分割的逻辑单元，它保证了一组操作要么全部成功，要么全部失败。在 Python 中，可以通过以下步骤来管理事务：

1. **开启事务：**使用 `connection.begin()` 方法开启一个事务。
2. **执行操作：**在事务中执行所需的数据库操作，如插入、更新或删除数据。
3. **提交事务：**使用 `connection.commit()` 方法提交事务，将所有操作永久保存到数据库中。
4. **回滚事务：**如果事务中出现错误，可以使用 `connection.rollback()` 方法回滚事务，撤销所有已执行的操作。

**代码块：**

import mysql.connector

# 创建数据库连接
connection = mysql.connector.connect(
    host="localhost",
    user="root",
    password="password",
    database="test_db"
)

try:
    # 开启事务
    connection.begin()
    # 执行操作
    cursor = connection.cursor()
    cursor.execute("INSERT INTO users (name, email) VALUES ('John Doe', 'john.doe@example.com')")
    # 提交事务
    connection.commit()
except Exception as e:
    # 回滚事务
    connection.rollback()
    print(f"Error: {e}")
finally:
    # 关闭连接
    connection.close()

**逻辑分析：**

此代码演示了如何使用 Python 的 `mysql.connector` 库来管理事务。它首先创建了一个数据库连接，然后开启一个事务。接下来，它执行一个插入操作，并提交事务以永久保存更改。如果在执行操作期间发生错误，它会回滚事务，撤销所有已执行的操作。

#### 3.1.2 事务隔离级别和并发控制

事务隔离级别定义了并发事务之间的可见性规则。在 Python 中，可以使用 `connection.isolation_level` 属性来设置隔离级别。常见的隔离级别包括：

* **READ UNCOMMITTED：**事务可以读取未提交的数据，但可能会看到不一致的数据。
* **READ COMMITTED：**事务只能读取已提交的数据，但可能会出现幻读（即读取到其他事务已删除但尚未提交的数据）。
* **REPEATABLE READ：**事务可以读取已提交的数据，并且保证在事务期间不会出现幻读。
* **SERIALIZABLE：**事务可以读取已提交的数据，并且保证在事务期间不会出现任何并发问题。

**表格：**

| 隔离级别 | 特征 |
|---|---|
| READ UNCOMMITTED | 最低隔离级别，性能最高 |
| READ COMMITTED | 避免脏读，但可能出现幻读 |
| REPEATABLE READ | 避免脏读和幻读，但性能较低 |
| SERIALIZABLE | 最高隔离级别，性能最低 |

### 3.2 游标操作

#### 3.2.1 游标的创建和使用

游标是一个数据库对象，它允许应用程序遍历查询结果。在 Python 中，可以使用 `connection.cursor()` 方法创建游标。游标提供了以下方法：

* `execute(sql, params)`：执行 SQL 查询并返回结果。
* `fetchone()`：获取查询结果中的下一行。
* `fetchall()`：获取查询结果中的所有行。
* `close()`：关闭游标。

**代码块：**