Django ORM의 특성과 깊이 있는 이해

Django ORM(Object-Relational Mapping)은 개발자가 SQL을 직접 작성하지 않고도 데이터베이스를 조작할 수 있도록 도와주는 강력한 도구입니다. 그러나 ORM을 효율적으로 사용하려면 몇 가지 중요한 개념을 깊이 있게 이해할 필요가 있습니다. 이번 글에서는 Django ORM의 핵심 개념과 특이성을 살펴보고, 실무에서 자주 사용되는 패턴과 최적화 기법에 대해 다뤄보겠습니다.

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1. Django ORM의 기본 원리

Django ORM은 모델 클래스(Model)를 사용하여 데이터베이스 테이블을 객체처럼 다룰 수 있게 해줍니다.

1.1 ORM의 핵심 개념

• 모델(Model): 데이터베이스의 테이블을 나타내는 클래스
• 쿼리셋(QuerySet): 데이터베이스에서 가져온 객체 목록을 나타내는 객체
• 매니저(Manager): 데이터 조회를 수행하는 인터페이스 (objects)
• 마이그레이션(Migration): 모델을 기반으로 데이터베이스 스키마를 자동 생성 및 변경하는 기능

1.2 기본적인 ORM 활용 예시

from django.db import models

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

class Book(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=200)
    author = models.ForeignKey(Author, on_delete=models.CASCADE)
    published_year = models.IntegerField()

이 모델을 기반으로 Django ORM을 사용하면 다음과 같이 데이터 조회가 가능합니다:

# 특정 저자가 쓴 책 조회
books = Book.objects.filter(author__name="George Orwell")

이제 ORM의 좀 더 고급 개념으로 넘어가 보겠습니다.

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2. ORM의 특이성과 고급 기능

2.1 더블 언더스코어(__)를 활용한 필터링

Django ORM에서는 __(더블 언더스코어)를 사용하여 관계형 데이터베이스의 JOIN과 WHERE 절을 쉽게 다룰 수 있습니다.

# ForeignKey 관계를 이용한 필터링
books = Book.objects.filter(author__name="J.K. Rowling")

이는 SQL로 변환하면 다음과 같습니다:

SELECT * FROM book
INNER JOIN author ON book.author_id = author.id
WHERE author.name = 'J.K. Rowling';

다양한 필터링 연산자

• __exact : 정확한 값 매칭 (title__exact="Harry Potter")
• __icontains : 대소문자 구분 없이 포함 (title__icontains="harry")
• __gte, __lte : 크거나 같음, 작거나 같음 (published_year__gte=2000)
• __in : 특정 값 목록에 포함 (author__name__in=["J.K. Rowling", "George Orwell"])

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2.2 역참조 (_set) 활용하기

ForeignKey가 있는 경우, Django는 자동으로 _set을 생성하여 역참조할 수 있도록 합니다.

author = Author.objects.get(name="George Orwell")
books = author.book_set.all()

SQL로 변환하면 다음과 같습니다:

SELECT * FROM book WHERE author_id = (SELECT id FROM author WHERE name = 'George Orwell');

related_name 사용하기

_set을 보다 직관적인 이름으로 변경하고 싶다면 related_name을 사용할 수 있습니다.

class Book(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=200)
    author = models.ForeignKey(Author, on_delete=models.CASCADE, related_name="books")

이제 book_set 대신 books로 접근할 수 있습니다:

author = Author.objects.get(name="George Orwell")
books = author.books.all()

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2.3 Select Related & Prefetch Related

ORM을 사용할 때 쿼리 최적화가 중요합니다. Django ORM에서 select_related와 prefetch_related는 N+1 문제를 해결하는 대표적인 방법입니다.

1) select_related (JOIN을 사용한 최적화)

books = Book.objects.select_related("author").all()

SQL 변환:

SELECT book.*, author.* FROM book
INNER JOIN author ON book.author_id = author.id;

• 장점: ForeignKey를 가진 객체를 한 번의 JOIN으로 가져옴 → 쿼리 실행 횟수 감소
• 사용 예시: ForeignKey가 자주 사용되는 경우

2) prefetch_related (서브쿼리를 사용한 최적화)

authors = Author.objects.prefetch_related("books")

SQL 변환:

SELECT * FROM author;
SELECT * FROM book WHERE author_id IN (저자 ID 목록);

• 장점: 두 개의 쿼리를 실행하지만 Python 레벨에서 관계를 최적화하여 관리
• 사용 예시: ManyToManyField 또는 reverse ForeignKey 관계에서 사용

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2.4 Aggregation (집계 함수)

ORM을 사용하여 데이터베이스 집계 함수를 실행할 수도 있습니다.

from django.db.models import Count, Avg

# 저자가 쓴 책 개수 구하기
author_stats = Author.objects.annotate(book_count=Count('books'))

# 평균 출판 연도 구하기
avg_year = Book.objects.aggregate(Avg('published_year'))

SQL 변환:

SELECT author.id, author.name, COUNT(book.id) AS book_count
FROM author
LEFT JOIN book ON author.id = book.author_id
GROUP BY author.id;

SELECT AVG(published_year) FROM book;

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2.5 Raw SQL을 활용하는 방법

Django ORM이 강력하지만, 때때로 직접 SQL을 실행해야 할 때도 있습니다.

from django.db import connection

with connection.cursor() as cursor:
    cursor.execute("SELECT * FROM book WHERE published_year > %s", [2000])
    books = cursor.fetchall()

Django의 raw() 메서드를 사용하여 모델을 기반으로 직접 SQL을 실행할 수도 있습니다.

books = Book.objects.raw("SELECT * FROM book WHERE published_year > %s", [2000])

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3. 정리하면서...

Django ORM은 강력한 기능을 제공하지만, 효율적으로 사용하지 않으면 성능 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 쿼리 최적화, 역참조 활용, JOIN 및 prefetch 최적화, 집계 함수 활용 등의 개념을 깊이 이해하는 것이 중요합니다. Django ORM을 보다 효과적으로 활용하여 더 빠르고 안정적인 애플리케이션을 개발해 보세요!