除了我们前面说过的普通类型字段，Django还定义了一组关系类型字段，用来表示模型与模型之间的关系。

一、多对一（ForeignKey）

多对一的关系，通常被称为外键。外键字段类的定义如下：

  1. class ForeignKey(to, on_delete, **options)

外键需要两个位置参数，一个是关联的模型，另一个是on_delete。在Django2.0版本后，on_delete属于必填参数。
外键要定义在‘多’的一方！

  1. from django.db import models
  2. class Manufacturer(models.Model):
  3.     # ...
  4.     pass
  5. class Car(models.Model):
  6.     manufacturer = models.ForeignKey(Manufacturer, on_delete=models.CASCADE)
  7.     # ...

多对一字段的变量名一般设置为关联的模型的小写单数，而多对多则一般设置为小写复数。
如果你要关联的模型位于当前模型之后，则需要通过字符串的方式进行引用，看下面的例子：

  1. from django.db import models
  2. class Car(models.Model):
  3.     manufacturer = models.ForeignKey(
  4.         'Manufacturer',    # 注意这里
  5.         on_delete=models.CASCADE,
  6.     )
  7.     # ...
  8. class Manufacturer(models.Model):
  9.     # ...
  10.     pass

上面的例子中，每辆车都会有一个生产工厂，一个工厂可以生产N辆车，于是用一个外键字段manufacturer表示，并放在Car模型中。注意，此manufacturer非彼Manufacturer模型类，它是一个字段的名称。在Django的模型定义中，经常出现类似的英文单词大小写不同，一定要注意区分！
如果要关联的对象在另外一个app中，可以显式的指出。下例假设Manufacturer模型存在于production这个app中，则Car模型的定义如下：

  1. class Car(models.Model):
  2.     manufacturer = models.ForeignKey(
  3.         'production.Manufacturer',      # 关键在这里！！
  4.         on_delete=models.CASCADE,
  5.     )

如果要创建一个递归的外键，也就是自己关联自己的的外键，使用下面的方法：

  1. models.ForeignKey('self', on_delete=models.CASCADE)

核心在于‘self’这个引用。什么时候需要自己引用自己的外键呢？典型的例子就是评论系统！一条评论可以被很多人继续评论，如下所示：

  1. class Comment(models.Model):
  2.     title = models.CharField(max_length=128)
  3.     text = models.TextField()
  4.     parent_comment = models.ForeignKey('self', on_delete=models.CASCADE)
  5.     # .....

注意上面的外键字段定义的是父评论，而不是子评论。为什么呢？因为外键要放在‘多’的一方！
在实际的数据库后台，Django会为每一个外键添加_id后缀，并以此创建数据表里的一列。在上面的工厂与车的例子中，Car模型对应的数据表中，会有一列叫做manufacturer_id。但实际上，在Django代码中你不需要使用这个列名，除非你书写原生的SQL语句，一般我们都直接使用字段名manufacturer。
关系字段的定义还有个小坑。在后面我们会讲到的verbose_name参数用于设置字段的别名。很多情况下，为了方便，我们都会设置这么个值，并且作为字段的第一位置参数。但是对于关系字段，其第一位置参数永远是关系对象，不能是verbose_name，一定要注意！

参数说明：

外键还有一些重要的参数，说明如下：

on_delete

注意：这个参数在Django2.0之后，不可以省略了，需要显式的指定！这也是除了路由编写方式外，Django2和Django1.x最大的不同点之一！
当一个外键关联的对象被删除时，Django将模仿on_delete参数定义的SQL约束执行相应操作。比如，你有一个可为空的外键，并且你想让它在关联的对象被删除时，自动设为null，可以如下定义：

  1. user = models.ForeignKey(
  2.     User,
  3.     on_delete=models.SET_NULL,
  4.     blank=True,
  5.     null=True,
  6. )

该参数可选的值都内置在django.db.models中（全部为大写），包括：

  • CASCADE：模拟SQL语言中的ON DELETE CASCADE约束，将定义有外键的模型对象同时删除！
  • PROTECT:阻止上面的删除操作，但是弹出ProtectedError异常
  • SET_NULL：将外键字段设为null，只有当字段设置了null=True时，方可使用该值。
  • SET_DEFAULT:将外键字段设为默认值。只有当字段设置了default参数时，方可使用。
  • DO_NOTHING：什么也不做。

  • SET()：设置为一个传递给SET()的值或者一个回调函数的返回值。注意大小写。

    1. from django.conf import settings
    2. from django.contrib.auth import get_user_model
    3. from django.db import models
    4. def get_sentinel_user():
    5.   return get_user_model().objects.get_or_create(username='deleted')[0]
    6. class MyModel(models.Model):
    7.   user = models.ForeignKey(
    8.       settings.AUTH_USER_MODEL,
    9.       on_delete=models.SET(get_sentinel_user),
    10.   )

  • RESTRICT: Django3.1新增。这个模式比较难以理解。它与PROTECT不同，在大多数情况下，同样不允许删除，但是在某些特殊情况下，却是可以删除的。看下面的例子，多揣摩一下：

假设有这样的三个模型以及外键关系

  1. class Artist(models.Model):
  2.     name = models.CharField(max_length=10)
  3. class Album(models.Model):
  4.     artist = models.ForeignKey(Artist, on_delete=models.CASCADE)  # 注意这里
  5. class Song(models.Model):
  6.     artist = models.ForeignKey(Artist, on_delete=models.CASCADE) # 注意这里
  7.     album = models.ForeignKey(Album, on_delete=models.RESTRICT) # 注意这里

尝试在Django的shell里测试下面的API：

  1. >>> artist_one = Artist.objects.create(name='artist one')
  2. >>> artist_two = Artist.objects.create(name='artist two')
  3. >>> album_one = Album.objects.create(artist=artist_one)
  4. >>> album_two = Album.objects.create(artist=artist_two)
  5. >>> song_one = Song.objects.create(artist=artist_one, album=album_one)
  6. >>> song_two = Song.objects.create(artist=artist_one, album=album_two)
  7. >>> album_one.delete()
  8. # Raises RestrictedError.  不可以删除
  9. >>> artist_two.delete()
  10. # Raises RestrictedError.   不可以删除
  11. >>> artist_one.delete()
  12. (4, {'Song': 2, 'Album': 1, 'Artist': 1})    # 居然可以删除

为什么artist_one可以被删除，但是artist_two不可以？Django设计的这个模式真的比较难以理解。

limit_choices_to

该参数用于限制外键所能关联的对象，只能用于Django的ModelForm（Django的表单模块）和admin后台，对其它场合无限制功能。其值可以是一个字典、Q对象或者一个返回字典或Q对象的函数调用，如下例所示：

  1. staff_member = models.ForeignKey(
  2.     User,
  3.     on_delete=models.CASCADE,
  4.     limit_choices_to={'is_staff': True},
  5. )

这样定义，则ModelForm的staff_member字段列表中，只会出现那些is_staff=True的Users对象，这一功能对于admin后台非常有用。
可以参考下面的方式，使用函数调用：

  1. def limit_pub_date_choices():
  2.     return {'pub_date__lte': datetime.date.utcnow()}
  3. # ...
  4. limit_choices_to = limit_pub_date_choices
  5. # ...

related_name

用于关联对象反向引用模型的名称。以前面车和工厂的例子解释，就是从工厂反向关联到车的关系名称。
通常情况下，这个参数我们可以不设置，Django会默认以模型的小写加上_set作为反向关联名，比如对于工厂就是car_set，如果你觉得car_set还不够直观，可以如下定义：

  1. class Car(models.Model):
  2.     manufacturer = models.ForeignKey(
  3.         'production.Manufacturer',      
  4.         on_delete=models.CASCADE,
  5.         related_name='car_producted_by_this_manufacturer',  # 看这里！！
  6.     )

也许我定义了一个蹩脚的词，但表达的意思很清楚。以后从工厂对象反向关联到它所生产的汽车，就可以使用maufacturer.car_producted_by_this_manufacturer了。
如果你不想为外键设置一个反向关联名称，可以将这个参数设置为“+”或者以“+”结尾，如下所示：

  1. user = models.ForeignKey(
  2.     User,
  3.     on_delete=models.CASCADE,
  4.     related_name='+',
  5. )

related_query_name

反向关联查询名。用于从目标模型反向过滤模型对象的名称。（过滤和查询在后续章节会介绍）
这个参数的默认值是定义有外键字段的模型的小写名，如果设置了related_name参数，那么就是这个参数值，如果在此基础上还指定了related_query_name的值，则是related_query_name的值。三者依次有优先顺序。
要注意related_query_name和related_name的区别，前者用于在做查询操作时候作为参数使用，后者主要用于在属性调用时使用。

  1. class Tag(models.Model):
  2.     article = models.ForeignKey(
  3.         Article,
  4.         on_delete=models.CASCADE,
  5.         related_name="tags",
  6.         related_query_name="tag",       # 注意这一行
  7.     )
  8.     name = models.CharField(max_length=255)

现在可以使用‘tag’作为查询名了

  1. Article.objects.filter(tag__name="important")

to_field

默认情况下，外键都是关联到被关联对象的主键上（一般为id）。如果指定这个参数，可以关联到指定的字段上，但是该字段必须具有unique=True属性，也就是具有唯一属性。

db_constraint

默认情况下，这个参数被设为True，表示遵循数据库约束，这也是大多数情况下你的选择。如果设为False，那么将无法保证数据的完整性和合法性。在下面的场景中，你可能需要将它设置为False：

  • 有历史遗留的不合法数据，没办法的选择
  • 你正在分割数据表

当它为False，并且你试图访问一个不存在的关系对象时，会抛出DoesNotExist 异常。

swappable

控制迁移框架的动作，如果当前外键指向一个可交换的模型。使用场景非常稀少，通常请将该参数保持默认的True。

二、多对多（ManyToManyField）

class ManyToManyField(to, **options)
多对多关系在数据库中也是非常常见的关系类型。比如一本书可以有好几个作者，一个作者也可以写好几本书。多对多的字段可以定义在任何的一方，请尽量定义在符合人们思维习惯的一方，但不要同时都定义，只能选择一个模型设置该字段（比如我们通常将披萨上的配料字段放在披萨模型中，而不是在配料模型中放置披萨字段）。

  1. from django.db import models
  2. class Topping(models.Model):
  3.     # ...
  4.     pass
  5. class Pizza(models.Model):
  6.     # ...
  7.     toppings = models.ManyToManyField(Topping)

建议为多对多字段名使用复数形式。
多对多关系需要一个位置参数：关联的对象模型，其它用法和外键多对一基本类似。
如果要创建一个关联自己的多对多字段，依然是通过'self'引用。
在数据库后台，Django实际上会额外创建一张用于体现多对多关系的中间表。默认情况下，该表的名称是“多对多字段名+包含该字段的模型名+一个独一无二的哈希码”，例如‘author_books_9cdf4’，当然你也可以通过db_table选项，自定义表名。

参数说明：

related_name

参考外键的相同参数。

related_query_name

参考外键的相同参数。

limit_choices_to

参考外键的相同参数。但是对于使用through参数自定义中间表的多对多字段无效。

symmetrical

默认情况下，Django中的多对多关系是对称的。看下面的例子：

  1. from django.db import models
  2. class Person(models.Model):
  3.     friends = models.ManyToManyField("self")

Django认为，如果我是你的朋友，那么你也是我的朋友，这是一种对称关系，Django不会为Person模型添加person_set属性用于反向关联。如果你不想使用这种对称关系，可以将symmetrical设置为False，这将强制Django为反向关联添加描述符。

through

如果你想自定义多对多关系的那张额外的关联表，可以使用这个参数！参数的值为一个中间模型。
最常见的使用场景是你需要为多对多关系添加额外的数据，比如添加两个人建立QQ好友关系的时间。
通常情况下，这张表在数据库内的结构是这个样子的：
中间表的id列….模型对象的id列…..被关联对象的id列
# 各行数据

如果自定义中间表并添加时间字段，则在数据库内的表结构如下：
中间表的id列….模型对象的id列…..被关联对象的id列…..时间对象列
# 各行数据

看下面的例子：

  1. from django.db import models
  2. class Person(models.Model):
  3.     name = models.CharField(max_length=50)
  4. class Group(models.Model):
  5.     name = models.CharField(max_length=128)
  6.     members = models.ManyToManyField(
  7.         Person,
  8.         through='Membership',       ## 自定义中间表
  9.         through_fields=('group', 'person'),
  10.     )
  11. class Membership(models.Model):  # 这就是具体的中间表模型
  12.     group = models.ForeignKey(Group, on_delete=models.CASCADE)
  13.     person = models.ForeignKey(Person, on_delete=models.CASCADE)
  14.     inviter = models.ForeignKey(
  15.         Person,
  16.         on_delete=models.CASCADE,
  17.         related_name="membership_invites",
  18.     )
  19.     invite_reason = models.CharField(max_length=64)

上面的代码中，通过class Membership(models.Model)定义了一个新的模型，用来保存Person和Group模型的多对多关系，并且同时增加了‘邀请人’和‘邀请原因’的字段。
through参数在某些使用场景中是必须的，至关重要，请务必掌握！

through_fields

接着上面的例子。Membership模型中包含两个关联Person的外键，Django无法确定到底使用哪个作为和Group关联的对象。所以，在这个例子中，必须显式的指定through_fields参数，用于定义关系。
through_fields参数接收一个二元元组(‘field1’, ‘field2’)，field1是指向定义有多对多关系的模型的外键字段的名称，这里是Membership中的‘group’字段（注意大小写），另外一个则是指向目标模型的外键字段的名称，这里是Membership中的‘person’，而不是‘inviter’。
再通俗的说，就是through_fields参数指定从中间表模型Membership中选择哪两个字段，作为关系连接字段。

db_table

设置中间表的名称。不指定的话，则使用默认值。

db_constraint

参考外键的相同参数。

swappable

参考外键的相同参数。
ManyToManyField多对多字段不支持Django内置的validators验证功能。
null参数对ManyToManyField多对多字段无效！设置null=True毫无意义

三、一对一（OneToOneField）

一对一关系类型的定义如下：

  1. class OneToOneField(to, on_delete, parent_link=False, **options)

从概念上讲，一对一关系非常类似具有unique=True属性的外键关系，但是反向关联对象只有一个。这种关系类型多数用于当一个模型需要从别的模型扩展而来的情况。比如，Django自带auth模块的User用户表，如果你想在自己的项目里创建用户模型，又想方便的使用Django的auth中的一些功能，那么一个方案就是在你的用户模型里，使用一对一关系，添加一个与auth模块User模型的关联字段。
该关系的第一位置参数为关联的模型，其用法和前面的多对一外键一样。
如果你没有给一对一关系设置related_name参数，Django将使用当前模型的小写名作为默认值。
看下面的例子：

  1. from django.conf import settings
  2. from django.db import models
  3. # 两个字段都使用一对一关联到了Django内置的auth模块中的User模型
  4. class MySpecialUser(models.Model):
  5.     user = models.OneToOneField(
  6.         settings.AUTH_USER_MODEL,
  7.         on_delete=models.CASCADE,
  8.     )
  9.     supervisor = models.OneToOneField(
  10.         settings.AUTH_USER_MODEL,
  11.         on_delete=models.CASCADE,
  12.         related_name='supervisor_of',
  13.     )

这样下来，你的User模型将拥有下面的属性：

  1. >>> user = User.objects.get(pk=1)
  2. >>> hasattr(user, 'myspecialuser')
  3. True
  4. >>> hasattr(user, 'supervisor_of')
  5. True

OneToOneField一对一关系拥有和多对一外键关系一样的额外可选参数，只是多了一个不常用的parent_link参数。

跨模块的模型：
有时候，我们关联的模型并不在当前模型的文件内，没关系，就像我们导入第三方库一样的从别的模块内导入进来就好，如下例所示：

  1. from django.db import models
  2. from geography.models import ZipCode
  3. class Restaurant(models.Model):
  4.     # ...
  5.     zip_code = models.ForeignKey(
  6.         ZipCode,
  7.         on_delete=models.SET_NULL,
  8.         blank=True,
  9.         null=True,
  10.     )