Транзакції, Індекси та PostgreSQL

Транзакції захищають цілісність даних при збоях. Індекси прискорюють пошук у таблицях з мільйонами рядків. PostgreSQL — виробнича БД проєкту: підтримує constraints, JSONB, spatial.

---

Транзакції — навіщо

Сценарій: Студент створює нотатку з тегами. Без транзакції:

1. Note.objects.create(...)   ✓  ← нотатка у БД
2. Server crash!              ✗  ← теги не додані
→ Нотатка є, але без тегів. Неузгоджений стан.

З транзакцією все або нічого:

BEGIN;
  INSERT INTO notes_app_note ... → ✓
  INSERT INTO notes_app_note_tags ... → ✗ (crash)
ROLLBACK;
→ Нічого не збережено. Стан узгоджений.

---

transaction.atomic() у notes_chat_app

create_note — note + tags разом

# notes_app/services.py

def create_note(*, user, title, content='', notebook=None, priority=1, group=None, tag_ids=None):
    with transaction.atomic():
        note = Note.objects.create(
            user=user, title=title, content=content,
            notebook=notebook, priority=priority, group=group
        )
        if tag_ids:
            valid_tags = Tag.objects.filter(id__in=tag_ids, user=user)
            note.tags.set(valid_tags)   # ← M:N операція всередині транзакції
    return note

Якщо tags.set() падає (наприклад, невалідні ID) — create() теж відкатується. Немає orphaned notes без тегів.

create_notebook — зміна default notebook

def create_notebook(*, user, title, color='#4A90E2', is_default=False):
    with transaction.atomic():
        if is_default:
            # Скасувати попередній default ПЕРЕД встановленням нового
            Notebook.objects.filter(user=user, is_default=True).update(is_default=False)
        return Notebook.objects.create(user=user, title=title, color=color, is_default=is_default)

Без транзакції: якщо create() падає після update() — жоден notebook не буде default.

Вкладені транзакції (savepoints)

# Django автоматично використовує SAVEPOINT для вкладених atomic блоків:
with transaction.atomic():        # BEGIN
    note = Note.objects.create(...)
    with transaction.atomic():    # SAVEPOINT sp1
        note.tags.set(tags)       # якщо тут виняток → ROLLBACK TO sp1
    # Зовнішня транзакція продовжується

---

Декоратор @transaction.atomic

from django.db import transaction

@transaction.atomic
def process_group_join(user, group):
    """Додає юзера до групи і надсилає повідомлення у чат."""
    group.user_set.add(user)
    ChatMessage.objects.create(
        group=group,
        author=user,
        content=f'{user.username} приєднався до групи'
    )

---

Індекси — навіщо і коли

PostgreSQL без індексу шукає ПОВНІСТЮ по таблиці (Seq Scan):

-- Без індексу (таблиця 1M рядків):
SELECT * FROM notes_app_note WHERE user_id = 1 ORDER BY updated_at DESC;
-- → Seq Scan: читає ВСІ 1M рядків → 800ms

-- З індексом (user_id, updated_at):
-- → Index Scan: читає тільки рядки цього юзера → 2ms

Індекси у Note моделі

# notes_app/models.py

class Note(models.Model):
    ...
    class Meta:
        indexes = [
            # Покриває: Note.objects.filter(user=user).order_by('-updated_at')
            models.Index(fields=['user', '-updated_at'], name='cnote_user_updated_idx'),

            # Покриває: Note.objects.filter(user=user, is_pinned=True)
            models.Index(fields=['user', 'is_pinned'], name='cnote_user_pinned_idx'),
        ]

Індекс у ChatMessage

class ChatMessage(models.Model):
    ...
    class Meta:
        indexes = [
            # Покриває: ChatMessage.objects.filter(group=group).order_by('timestamp')
            # Єдиний query pattern у чаті — "останні N повідомлень для групи X"
            models.Index(fields=['group', 'timestamp'], name='chat_group_ts_idx'),
        ]

Коли додавати індекс

Додай індекс	Не потрібен
filter() по полю, що часто використовується	Поля що рідко фільтруються
order_by() по великій таблиці	Маленькі таблиці (< 10k рядків)
FK поля (не ForeignKey — Django додає автоматично)	Текстові пошуки (потрібен GIN)
unique=True поля (Django додає автоматично)	Поля що часто оновлюються

ForeignKey → автоматичний індекс

Django автоматично додає db_index=True для кожного ForeignKey поля. Не потрібно додавати вручну для note.user_id, note.notebook_id etc.

---

CheckConstraint — валідація на рівні БД

class Note(models.Model):
    priority = models.PositiveSmallIntegerField(...)

    class Meta:
        constraints = [
            # БД відхилить priority < 1 або > 4 навіть якщо Django пропустить
            models.CheckConstraint(
                check=models.Q(priority__gte=1) & models.Q(priority__lte=4),
                name='cnote_priority_valid_range'
            ),
        ]

class ShopItem(models.Model):
    quantity = models.DecimalField(...)

    class Meta:
        constraints = [
            models.CheckConstraint(
                check=models.Q(quantity__gt=0),
                name='cshop_item_positive_qty'
            ),
        ]

Constraint — це захист на рівні БД. Навіть прямий SQL UPDATE SET priority = 99 буде відхилений PostgreSQL.

---

PostgreSQL vs SQLite

Можливість	SQLite	PostgreSQL
Типи даних	обмежені	повні (JSONB, ARRAY, UUID, hstore)
Конкурентність	одночасно 1 writer	повний MVCC, багато writers
Full-text search	базовий	tsvector, GIN індекси
CheckConstraint	підтримується	підтримується
Розмір	файл на диску	сервер, мережа
Backup	cp db.sqlite3	pg_dump, WAL

У notes_chat_app: settings.py автоматично обирає БД по DATABASE_URL:

# notes_project/settings.py
import dj_database_url

DATABASES = {
    'default': dj_database_url.config(
        default='sqlite:///db.sqlite3',  # fallback для тестів без Docker
        conn_max_age=0,                  # ВАЖЛИВО для ASGI: не тримати з'єднання між запитами
    )
}

conn_max_age=0 — критично для ASGI/async. Постійні з'єднання (persistent connections) не thread-safe в async context.

---

EXPLAIN ANALYZE — діагностика повільних запитів

docker compose exec web python manage.py shell

from django.db import connection
from notes_app import selectors
from django.contrib.auth.models import User

user = User.objects.get(username='demo_alice')
qs = selectors.get_user_notes(user)

# Отримати EXPLAIN ANALYZE з PostgreSQL
print(qs.explain(verbose=True, analyze=True))

Seq Scan on notes_app_note  (cost=0.00..1234.56 rows=5 width=200)
  Filter: (user_id = 1)
Planning Time: 0.5 ms
Execution Time: 12.3 ms

vs з індексом:

Index Scan using cnote_user_updated_idx on notes_app_note
  Index Cond: (user_id = 1)
Planning Time: 0.3 ms
Execution Time: 0.2 ms

---

У книзі

• Django Models — де визначаються constraints і indexes
• Query Optimization — select_related, prefetch_related, N+1
• Крок 9. PostgreSQL — PostgreSQL у Docker

---

Офіційна документація

• Django: Database transactions — atomic(), savepoints
• Django: Model indexes — Index, UniqueIndex
• Django: Constraints — CheckConstraint, UniqueConstraint
• PostgreSQL: EXPLAIN — діагностика запитів
• dj-database-url — DATABASE_URL parsing