Python Lab 10

Bazy danych, integracja z API

Dane przestają znikać co chwila!

Generalnie, jak prawdopodobnie mogliście zauważyć, za każdym razem jak przeładowywaliśmy aplikacje z poprzednich dwóch labów, to gubiliśmy dane, które zostały wprowadzone. Działo się tak ze względu, że przechowywaliśmy dane w liście - a ta tak naprawdę jest zmienną, która znika wraz z wyłączeniem czy zresetowaniem programu.

Dziś wprowadzamy koncept bazy danych. Dzięki umieszczaniu danych w bazie będziemy mogli je nie tylko uporządkować, ale również uzyskiwać do nich dostęp w sposób znacznie szybszy i prostszy niż dotychczas. Będzie tak przede wszystkim dzięki temu, że oddamy zadania polegające na przeszukiwaniu zbioru danych innej aplikacji, specjalnie do tego stworzonej.

Baza danych jest strukturą nieulotną, w przeciwieństwie do używanej przez nas wcześniej listy. Skorzystanie z bazy danych ponadto pozwoli na przechowywanie danych w sposób uporządkowany, doda nam kolejną warstwę walidacji danych i pomoże przypilnować, żebyśmy przypadkiem nieumyślnie nie nadpisali już znajdujących się w niej danych.

Typy Baz

Najpopularniejsze dwa typy:

Relacyjne bazy danych – dane przechowywane w tabelach (wiersze i kolumny), używają języka SQL (Structured Query Language).
Przykłady: MySQL, PostgreSQL, SQLite, Microsoft SQL Server.
NoSQL – dane w formatach innych niż tabele (np. dokumenty JSON, grafy, klucze-wartości).
Przykłady: MongoDB, Redis.

My skupimy się na relacyjnej bazie danych.

Ważne!

Dane w relacyjnych bazach danych przechowujemy w formacie tabel. W SQL tabela to podstawowa struktura, w której przechowywane są dane w bazie — można ją porównać do arkusza kalkulacyjnego, gdzie dane ułożone są w wierszach i kolumnach.
Kolumna (ang. column) to jeden „rodzaj” informacji w tabeli — np. imię, gatunek, wiek. Każda kolumna ma swoją nazwę i określony typ danych (np. liczba całkowita, tekst, data).
Rekord (ang. row lub record) to pojedynczy wiersz w tabeli, czyli jeden pełny wpis zawierający wartości dla wszystkich kolumn. Na przykład w tabeli animals rekord może wyglądać tak: 1 | Burek | dog | 5, gdzie 1 to identyfikator, Burekto imię, dog to gatunek, a 5 to wiek.

3. Jak wygląda baza relacyjna?

Tabela – jak arkusz Excela: wiersze = rekordy, kolumny = pola (atrybuty).
Rekord – pojedynczy wpis (np. jeden klient, jedno zwierzę w schronisku).
Kolumna – jedno z pól, np. imię, wiek, gatunek.
Klucz główny (PRIMARY KEY) – unikalny identyfikator rekordu, zwykle liczba (id).

Przykład – tabela animals:

id	name	species	age
1	Burek	dog	5
2	Filemon	cat	2
3	Nemo	fish	1

4. Podstawowe operacje (CRUD)

-- CREATE
INSERT INTO animals (name, species, age) VALUES ('Burek', 'dog', 5);

-- READ
SELECT * FROM animals WHERE species = 'dog';

-- UPDATE
UPDATE animals SET age = 6 WHERE id = 1;

-- DELETE
DELETE FROM animals WHERE id = 1;

5. Czym jest SQLite?

SQLite to:

lekka baza danych zapisywana w jednym pliku (.db),
wbudowana w Pythona — nie trzeba instalować serwera,
świetna do nauki, prototypów i małych aplikacji,
używa standardowego języka SQL.

Plik bazy można skopiować na pendrive i działa wszędzie.
W Pythonie korzystamy z modułu sqlite3 (jest NA SZCZĘŚCIE wbudowany w standardową bibliotekę).

6. Implementacja

Właściwie nie jest aż tak skomplikowana. Zacząć musimy od zaimportowania biblioteki oraz ustanowienia połączenia:

import sqlite3

# Połączenie z bazą (utworzy plik, jeśli go nie ma)
conn = sqlite3.connect("animals.db")
conn.row_factory = sqlite3.Row

To połączenie utworzy plik bazy danych, jeśli jeszcze nie istnieje oraz wskaże, że chcemy dostawać odpowiedzi od bazy w formie Row - jest to typ, który sprawi, że po stronie programu będziemy mogli korzystać z nazw kolumn. Następnym krokiem jest stworzenie kursora - mechanizmu, który pozwoli na wykonywanie zapytań do bazy:

cur = conn.cursor()

Następnym krokiem będzie utworzenie tabeli:

# Tworzenie tabeli
cur.execute("""
CREATE TABLE IF NOT EXISTS animals (
    id INTEGER PRIMARY KEY,
    name TEXT,
    species TEXT,
    age INTEGER
)
""")

Tu ważna uwaga - jeśli chcemy wprowadzić jakieś zmiany w strukturze tabeli (np. dodać kolumnę), to powyższe polecenie nie zadziała, jeśli tabela już istnieje. Jest kilka sposobów na wykonanie operacji dodawania kolumny i inne modyfikacje tabeli, natomiast na nasze potrzeby prawdopodobnie wystarczające będzie usunięcie pliku.

Instrukcje, które dodają rekord do bazy:

cur.execute("INSERT INTO animals (name, species, age) VALUES (?, ?, ?)",
            ("Burek", "dog", 5))

Po zakończeniu pracy z bazą należy zapisać zmiany:

conn.commit()

Aby odczytać dane z bazy należy wykonać:

cur.execute("SELECT * FROM animals")
print(cur.fetchall())

Powyższe polecenie wydrukuje nam wszystkie rekordy z tabeli animals. Gdybyśmy chcieli odczytać tylko jeden wiersz, to zrealizowalibyśmy:

cur.execute("SELECT * FROM animals WHERE id = ?", "3")  
print(cur.fetchall())

Alternatywnie:

for row in cur.fetchall():
    print(dict(row))  # np. {'id': 1, 'name': 'Ala'}

Pierwszy przykład zwraca nam tuplę, a drugi słownik - wybieramy zależnie od potrzeb.

Natomiast jeśli interesuje nas tylko i wyłącznie imię, to

Zamknięcie połączenia

conn.close()

import sqlite3

# Połączenie z bazą (utworzy plik, jeśli go nie ma)
conn = sqlite3.connect("animals.db", check_same_thread=False)

# Kursor - służy do wykonywania zapytań
cur = conn.cursor()

# Tworzenie tabeli
cur.execute("""
CREATE TABLE IF NOT EXISTS animals (
    id INTEGER PRIMARY KEY,
    name TEXT,
    species TEXT,
    age INTEGER
)
""")

# Dodanie rekordu
cur.execute("INSERT INTO animals (name, species, age) VALUES (?, ?, ?)",
            ("Burek", "dog", 5))

cur.execute("INSERT INTO animals (name, species, age) VALUES (?, ?, ?)", ("jajco", "kot", 5))

# Zapis zmian
conn.commit()

# Odczyt danych
cur.execute("SELECT * FROM animals WHERE id = ?", "3")
print(cur.fetchall())

# Zamknięcie połączenia
conn.close()

Zadanie: Animals API z bazą SQLite

Do istniejącego API obsługującego listę zwierząt (z Labu 9) dodajemy trwałość danych w bazie SQLite.
Zamiast listy w pamięci (animals = []) wprowadzamy plik animals.db z tabelą animals, w której przechowujemy:
id (liczba całkowita, klucz główny),
name (tekst),
species (tekst),
age (liczba całkowita).

@app.get("/animals")
def get_all_animals():
    cur.execute("SELECT * FROM animals")
    list = []
    for r in cur.fetchall():
        list.append(r)
    return list

Krok 1 — Utworzenie bazy i tabeli

Opis:
Przy starcie aplikacji baza danych ma być inicjalizowana, jeśli nie istnieje. Struktura tabeli:

CREATE TABLE IF NOT EXISTS animals (
    id INTEGER PRIMARY KEY,
    name TEXT NOT NULL,
    species TEXT NOT NULL,
    age INTEGER NOT NULL,
    UNIQUE(name, species)
);

Wymagania:

ID	Wymaganie
K1.1	Plik `animals.db` tworzony automatycznie, jeśli nie istnieje.
K1.2	Tabela `animals` zgodna z podanym schematem.
K1.3	Inicjalizacja wykonywana tylko raz (nie nadpisuje istniejących danych).
K1.4	Kod inicjalizacji bazy znajduje się w `main.py` i jest wykonywany przy starcie aplikacji.

Krok 2 — Implementacja `GET /animals`

Opis:
Zacznij od endpointu, który zwróci wszystkie rekordy z tabeli.

Otwórz połączenie (sqlite3.connect()),
ustaw row_factory tak, żeby można było zwracać dane jako słowniki,
wykonaj zapytanie SELECT * FROM animals,
zamień wynik na listę słowników i zwróć w odpowiedzi.

Wymagania:

ID	Wymaganie
K2.1	Połączenie do `animals.db` otwierane w endpointzie.
K2.2	Zapytanie SQL: `SELECT * FROM animals`.
K2.3	Wynik zwracany jako lista słowników.
K2.4	Połączenie zamykane po wykonaniu zapytania.

Krok 3 — Implementacja `GET /animals/{id}`

Opis:
Dodaj endpoint, który zwróci jeden rekord po id.

Wykonaj zapytanie SELECT * FROM animals WHERE id = ?,
jeśli rekord istnieje — zwróć go,
jeśli nie — zwróć 404 z komunikatem.

Wymagania:

ID	Wymaganie
K3.1	Parametr `id` przekazywany do zapytania w formie parametryzowanej (`?`).
K3.2	Brak rekordu → odpowiedź 404 w JSON.
K3.3	Poprawne zamykanie połączenia po zapytaniu.

Krok 4 — Implementacja `POST /animals`

Opis:
Dodaj możliwość dodawania nowego rekordu.

Wykorzystaj model Pydantic z Labu 9 do walidacji (name, species, age),
wykonaj zapytanie INSERT INTO animals (name, species, age) VALUES (?, ?, ?),
w przypadku duplikatu (name, species) zwróć 409 z komunikatem,
po dodaniu zwróć pełny rekord (łącznie z id).

Wymagania:

ID	Wymaganie
K4.1	Dodawanie rekordu przy pomocy zapytania parametryzowanego.
K4.2	Obsługa błędu unikalności → odpowiedź 409.
K4.3	Zwracanie nowo dodanego rekordu z `id`.

Krok 5 — Implementacja `PUT /animals/{id}`

Opis:
Dodaj możliwość zmiany imienia (name) istniejącego zwierzęcia.

Model Pydantic jak w Labu 9 (name ≥ 2 znaki),
zapytanie UPDATE animals SET name = ? WHERE id = ?,
jeśli rekord istnieje — zwróć zaktualizowany wpis,
jeśli nie istnieje — 404.

Wymagania:

ID	Wymaganie
K5.1	Aktualizacja tylko pola `name`.
K5.2	Brak rekordu → 404.
K5.3	Zwrócenie zaktualizowanego rekordu.

Krok 6 — Implementacja `DELETE /animals/{id}`

Opis:
Dodaj możliwość usuwania rekordu po id.

Zapytanie DELETE FROM animals WHERE id = ?,
jeśli rekord istniał — zwróć potwierdzenie,
jeśli nie — 404.

Wymagania:

ID	Wymaganie
K6.1	Usuwanie przy pomocy zapytania parametryzowanego.
K6.2	Brak rekordu → 404.
K6.3	Poprawne zamknięcie połączenia po operacji.

Krok 7 — Testy ręczne

Opis:
Sprawdź działanie aplikacji przez /docs lub curl:

Wymagania:

ID	Wymaganie
K7.1	Dodanie zwierzęcia → widoczne w `GET /animals`.
K7.2	Restart serwera nie usuwa danych (trwałość w SQLite).
K7.3	Błędy (404, 409) działają zgodnie z opisem.

Python Lab 10

Bazy danych, integracja z API

Dane przestają znikać co chwila!

Typy Baz

Ważne!

3. Jak wygląda baza relacyjna?

4. Podstawowe operacje (CRUD)

5. Czym jest SQLite?

6. Implementacja

Zadanie: Animals API z bazą SQLite

Krok 1 — Utworzenie bazy i tabeli

Krok 2 — Implementacja GET /animals

Krok 3 — Implementacja GET /animals/{id}

Krok 4 — Implementacja POST /animals

Krok 5 — Implementacja PUT /animals/{id}

Krok 6 — Implementacja DELETE /animals/{id}

Krok 7 — Testy ręczne

Krok 2 — Implementacja `GET /animals`

Krok 3 — Implementacja `GET /animals/{id}`

Krok 4 — Implementacja `POST /animals`

Krok 5 — Implementacja `PUT /animals/{id}`

Krok 6 — Implementacja `DELETE /animals/{id}`