Active Record 数据库迁移

1 迁移简介

迁移使用一种统一、简单的方式，按照时间顺序修改数据库的模式。迁移使用 Ruby DSL 编写，因此不用手动编写 SQL 语句，对数据库的操作和所用的数据库种类无关。

你可以把每个迁移看做数据库的一个修订版本。数据库中一开始什么也没有，各个迁移会添加或删除数据表、字段或记录。Active Record 知道如何按照时间线更新数据库，不管数据库现在的模式如何，都能更新到最新结构。同时，Active Record 还会更新 db/schema.rb 文件，匹配最新的数据库结构。

下面是一个迁移示例：

class CreateProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
    create_table :products do |t|
      t.string :name
      t.text :description

      t.timestamps
    end
  end
end

这个迁移创建了一个名为 products 的表，然后在表中创建字符串字段 name 和文本字段 description。名为 id 的主键字段会被自动创建。id 字段是所有 Active Record 模型的默认主键。timestamps 方法创建两个字段：created_at 和 updated_at。如果数据表中有这两个字段，Active Record 会负责操作。

注意，对数据库的改动按照时间向前推移。运行迁移之前，数据表还不存在。运行迁移后，才会创建数据表。Active Record 知道如何撤销迁移，如果回滚这次迁移，数据表会被删除。

在支持事务的数据库中，对模式的改动会在一个事务中执行。如果数据库不支持事务，迁移失败时，成功执行的操作将无法回滚。如要回滚，必须手动改回来。

某些查询无法在事务中运行。如果适配器支持 DDL 事务，可以在某个迁移中调用 disable_ddl_transaction! 方法禁用。

如果想在迁移中执行 Active Record 不知如何撤销的操作，可以使用 reversible 方法：

class ChangeProductsPrice < ActiveRecord::Migration
  def change
    reversible do |dir|
      change_table :products do |t|
        dir.up   { t.change :price, :string }
        dir.down { t.change :price, :integer }
      end
    end
  end
end

或者不用 change 方法，分别使用 up 和 down 方法：

class ChangeProductsPrice < ActiveRecord::Migration
  def up
    change_table :products do |t|
      t.change :price, :string
    end
  end

  def down
    change_table :products do |t|
      t.change :price, :integer
    end
  end
end

2 创建迁移

2.1 单独创建迁移

迁移文件存储在 db/migrate 文件夹中，每个迁移保存在一个文件中。文件名采用 YYYYMMDDHHMMSS_create_products.rb 形式，即一个 UTC 时间戳后加以下划线分隔的迁移名。迁移的类名（驼峰式）要和文件名时间戳后面的部分匹配。例如，在 20080906120000_create_products.rb 文件中要定义 CreateProducts 类；在 20080906120001_add_details_to_products.rb 文件中要定义 AddDetailsToProducts 类。文件名中的时间戳决定要运行哪个迁移，以及按照什么顺序运行。从其他程序中复制迁移，或者自己生成迁移时，要注意运行的顺序。

自己计算时间戳不是件简单的事，所以 Active Record 提供了一个生成器：

$ rails generate migration AddPartNumberToProducts

这个命令生成一个空的迁移，但名字已经起好了：

class AddPartNumberToProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
  end
end

如果迁移的名字是“AddXXXToYYY”或者“RemoveXXXFromYYY”这种格式，而且后面跟着一个字段名和类型列表，那么迁移中会生成合适的 add_column 或 remove_column 语句。

$ rails generate migration AddPartNumberToProducts part_number:string

这个命令生成的迁移如下：

class AddPartNumberToProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
    add_column :products, :part_number, :string
  end
end

如果想为新建的字段创建添加索引，可以这么做：

$ rails generate migration AddPartNumberToProducts part_number:string:index

这个命令生成的迁移如下：

class AddPartNumberToProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
    add_column :products, :part_number, :string
    add_index :products, :part_number
  end
end

类似地，还可以生成删除字段的迁移：

$ rails generate migration RemovePartNumberFromProducts part_number:string

这个命令生成的迁移如下：

class RemovePartNumberFromProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
    remove_column :products, :part_number, :string
  end
end

迁移生成器不单只能创建一个字段，例如：

$ rails generate migration AddDetailsToProducts part_number:string price:decimal

生成的迁移如下：

class AddDetailsToProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
    add_column :products, :part_number, :string
    add_column :products, :price, :decimal
  end
end

如果迁移名是“CreateXXX”形式，后面跟着一串字段名和类型声明，迁移就会创建名为“XXX”的表，以及相应的字段。例如：

$ rails generate migration CreateProducts name:string part_number:string

生成的迁移如下：

class CreateProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
    create_table :products do |t|
      t.string :name
      t.string :part_number
    end
  end
end

生成器生成的只是一些基础代码，你可以根据需要修改 db/migrate/YYYYMMDDHHMMSS_add_details_to_products.rb 文件，增删代码。

在生成器中还可把字段类型设为 references（还可使用 belongs_to）。例如：

$ rails generate migration AddUserRefToProducts user:references

生成的迁移如下：

class AddUserRefToProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
    add_reference :products, :user, index: true
  end
end

这个迁移会创建 user_id 字段，并建立索引。

如果迁移名中包含 JoinTable，生成器还会创建联合数据表：

rails g migration CreateJoinTableCustomerProduct customer product

生成的迁移如下：

class CreateJoinTableCustomerProduct < ActiveRecord::Migration
  def change
    create_join_table :customers, :products do |t|
      # t.index [:customer_id, :product_id]
      # t.index [:product_id, :customer_id]
    end
  end
end

2.2 模型生成器

模型生成器和脚手架生成器会生成合适的迁移，创建模型。迁移中会包含创建所需数据表的代码。如果在生成器中指定了字段，还会生成创建字段的代码。例如，运行下面的命令：

$ rails generate model Product name:string description:text

会生成如下的迁移：

class CreateProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
    create_table :products do |t|
      t.string :name
      t.text :description

      t.timestamps
    end
  end
end

字段的名字和类型数量不限。

2.3 支持的类型修饰符

在字段类型后面，可以在花括号中添加选项。可用的修饰符如下：

limit：设置 string/text/binary/integer 类型字段的最大值；
precision：设置 decimal 类型字段的精度，即数字的位数；
scale：设置 decimal 类型字段小数点后的数字位数；
polymorphic：为 belongs_to 关联添加 type 字段；
null：是否允许该字段的值为 NULL；

例如，执行下面的命令：

$ rails generate migration AddDetailsToProducts 'price:decimal{5,2}' supplier:references{polymorphic}

生成的迁移如下：

class AddDetailsToProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
    add_column :products, :price, :decimal, precision: 5, scale: 2
    add_reference :products, :supplier, polymorphic: true, index: true
  end
end

3 编写迁移

使用前面介绍的生成器生成迁移后，就可以开始写代码了。

3.1 创建数据表

create_table 方法最常用，大多数时候都会由模型或脚手架生成器生成。典型的用例如下：

create_table :products do |t|
  t.string :name
end

这个迁移会创建 products 数据表，在数据表中创建 name 字段（后面会介绍，还会自动创建 id 字段）。

默认情况下，create_table 方法会创建名为 id 的主键。通过 :primary_key 选项可以修改主键名（修改后别忘了修改相应的模型）。如果不想生成主键，可以传入 id: false 选项。如果设置数据库的选项，可以在 :options 选择中使用 SQL。例如：

create_table :products, options: "ENGINE=BLACKHOLE" do |t|
  t.string :name, null: false
end

这样设置之后，会在创建数据表的 SQL 语句后面加上 ENGINE=BLACKHOLE。（MySQL 默认的选项是 ENGINE=InnoDB）

3.2 创建联合数据表

create_join_table 方法用来创建 HABTM 联合数据表。典型的用例如下：

create_join_table :products, :categories

这段代码会创建一个名为 categories_products 的数据表，包含两个字段：category_id 和 product_id。这两个字段的 :null 选项默认情况都是 false，不过可在 :column_options 选项中设置。

create_join_table :products, :categories, column_options: {null: true}

这段代码会把 product_id 和 category_id 字段的 :null 选项设为 true。

如果想修改数据表的名字，可以传入 :table_name 选项。例如：

create_join_table :products, :categories, table_name: :categorization

创建的数据表名为 categorization。

create_join_table 还可接受代码库，用来创建索引（默认无索引）或其他字段。

create_join_table :products, :categories do |t|
  t.index :product_id
  t.index :category_id
end

3.3 修改数据表

有一个和 create_table 类似地方法，名为 change_table，用来修改现有的数据表。其用法和 create_table 类似，不过传入块的参数知道更多技巧。例如：

change_table :products do |t|
  t.remove :description, :name
  t.string :part_number
  t.index :part_number
  t.rename :upccode, :upc_code
end

这段代码删除了 description 和 name 字段，创建 part_number 字符串字段，并建立索引，最后重命名 upccode 字段。

3.4 如果帮助方法不够用

如果 Active Record 提供的帮助方法不够用，可以使用 execute 方法，执行任意的 SQL 语句：

Product.connection.execute('UPDATE `products` SET `price`=`free` WHERE 1')

各方法的详细用法请查阅 API 文档：

ActiveRecord::ConnectionAdapters::SchemaStatements：包含可在 change，up 和 down 中使用的方法；
ActiveRecord::ConnectionAdapters::TableDefinition：包含可在 create_table 方法的块参数上调用的方法；
ActiveRecord::ConnectionAdapters::Table：包含可在 change_table 方法的块参数上调用的方法；

3.5 使用 `change` 方法

change 是迁移中最常用的方法，大多数情况下都能完成指定的操作，而且 Active Record 知道如何撤这些操作。目前，在 change 方法中只能使用下面的方法：

add_column
add_index
add_reference
add_timestamps
create_table
create_join_table
drop_table（必须提供代码块）
drop_join_table（必须提供代码块）
remove_timestamps
rename_column
rename_index
remove_reference
rename_table

只要在块中不使用 change、change_default 或 remove 方法，change_table 中的操作也是可逆的。

如果要使用任何其他方法，可以使用 reversible 方法，或者不定义 change 方法，而分别定义 up 和 down 方法。

3.6 使用 `reversible` 方法

Active Record 可能不知如何撤销复杂的迁移操作，这时可以使用 reversible 方法指定运行迁移和撤销迁移时怎么操作。例如：

class ExampleMigration < ActiveRecord::Migration
  def change
    create_table :products do |t|
      t.references :category
    end

    reversible do |dir|
      dir.up do
        #add a foreign key
        execute <<-SQL
          ALTER TABLE products
            ADD CONSTRAINT fk_products_categories
            FOREIGN KEY (category_id)
            REFERENCES categories(id)
        SQL
      end
      dir.down do
        execute <<-SQL
          ALTER TABLE products
            DROP FOREIGN KEY fk_products_categories
        SQL
      end
    end

    add_column :users, :home_page_url, :string
    rename_column :users, :email, :email_address
  end

使用 reversible 方法还能确保操作按顺序执行。在上面的例子中，如果撤销迁移，down 代码块会在 home_page_url 字段删除后、products 数据表删除前运行。

有时，迁移的操作根本无法撤销，例如删除数据。这是，可以在 down 代码块中抛出 ActiveRecord::IrreversibleMigration 异常。如果有人尝试撤销迁移，会看到一个错误消息，告诉他无法撤销。

3.7 使用 `up` 和 `down` 方法

在迁移中可以不用 change 方法，而用 up 和 down 方法。up 方法定义要对数据库模式做哪些操作，down 方法用来撤销这些操作。也就是说，如果执行 up 后立即执行 down，数据库的模式应该没有任何变化。例如，在 up 中创建了数据表，在 down 方法中就要将其删除。撤销时最好按照添加的相反顺序进行。前一节中的 reversible 用法示例代码可以改成：

class ExampleMigration < ActiveRecord::Migration
  def up
    create_table :products do |t|
      t.references :category
    end

    # add a foreign key
    execute <<-SQL
      ALTER TABLE products
        ADD CONSTRAINT fk_products_categories
        FOREIGN KEY (category_id)
        REFERENCES categories(id)
    SQL

    add_column :users, :home_page_url, :string
    rename_column :users, :email, :email_address
  end

  def down
    rename_column :users, :email_address, :email
    remove_column :users, :home_page_url

    execute <<-SQL
      ALTER TABLE products
        DROP FOREIGN KEY fk_products_categories
    SQL

    drop_table :products
  end
end

如果迁移不可撤销，应该在 down 方法中抛出 ActiveRecord::IrreversibleMigration 异常。如果有人尝试撤销迁移，会看到一个错误消息，告诉他无法撤销。

3.8 撤销之前的迁移

Active Record 提供了撤销迁移的功能，通过 revert 方法实现：

require_relative '2012121212_example_migration'

class FixupExampleMigration < ActiveRecord::Migration
  def change
    revert ExampleMigration

    create_table(:apples) do |t|
      t.string :variety
    end
  end
end

revert 方法还可接受一个块，定义撤销操作。revert 方法可用来撤销以前迁移的部分操作。例如，ExampleMigration 已经执行，但后来觉得最好还是序列化产品列表。那么，可以编写下面的代码：

class SerializeProductListMigration < ActiveRecord::Migration
  def change
    add_column :categories, :product_list

    reversible do |dir|
      dir.up do
        # transfer data from Products to Category#product_list
      end
      dir.down do
        # create Products from Category#product_list
      end
    end

    revert do
      # copy-pasted code from ExampleMigration
      create_table :products do |t|
        t.references :category
      end

      reversible do |dir|
        dir.up do
          #add a foreign key
          execute <<-SQL
            ALTER TABLE products
              ADD CONSTRAINT fk_products_categories
              FOREIGN KEY (category_id)
              REFERENCES categories(id)
          SQL
        end
        dir.down do
          execute <<-SQL
            ALTER TABLE products
              DROP FOREIGN KEY fk_products_categories
          SQL
        end
      end

      # The rest of the migration was ok
    end
  end
end

上面这个迁移也可以不用 revert 方法，不过步骤就多了：调换 create_table 和 reversible 的顺序，把 create_table 换成 drop_table，还要对调 up 和 down 中的代码。这些操作都可交给 revert 方法完成。

4 运行迁移

Rails 提供了很多 Rake 任务，用来执行指定的迁移。

其中最常使用的是 rake db:migrate，执行还没执行的迁移中的 change 或 up 方法。如果没有未运行的迁移，直接退出。rake db:migrate 按照迁移文件名中时间戳顺序执行迁移。

注意，执行 db:migrate 时还会执行 db:schema:dump，更新 db/schema.rb 文件，匹配数据库的结构。

如果指定了版本，Active Record 会运行该版本之前的所有迁移。版本就是迁移文件名前的数字部分。例如，要运行 20080906120000 这个迁移，可以执行下面的命令：

$ rake db:migrate VERSION=20080906120000

如果 20080906120000 比当前的版本高，上面的命令就会执行所有 20080906120000 之前（包括 20080906120000）的迁移中的 change 或 up 方法，但不会运行 20080906120000 之后的迁移。如果回滚迁移，则会执行 20080906120000 之前（不包括 20080906120000）的迁移中的 down 方法。

4.1 回滚

还有一个常用的操作时回滚到之前的迁移。例如，迁移代码写错了，想纠正。我们无须查找迁移的版本号，直接执行下面的命令即可：

$ rake db:rollback

这个命令会回滚上一次迁移，撤销 change 方法中的操作，或者执行 down 方法。如果想撤销多个迁移，可以使用 STEP 参数：

$ rake db:rollback STEP=3

这个命令会撤销前三次迁移。

db:migrate:redo 命令可以回滚上一次迁移，然后再次执行迁移。和 db:rollback 一样，如果想重做多次迁移，可以使用 STEP 参数。例如：

$ rake db:migrate:redo STEP=3

这些 Rake 任务的作用和 db:migrate 一样，只是用起来更方便，因为无需查找特定的迁移版本号。

4.2 搭建数据库

rake db:setup 任务会创建数据库，加载模式，并填充种子数据。

4.3 重建数据库

rake db:reset 任务会删除数据库，然后重建，等价于 rake db:drop db:setup。

这个任务和执行所有迁移的作用不同。rake db:reset 使用的是 schema.rb 文件中的内容。如果迁移无法回滚，rake db:reset 起不了作用。详细介绍参见“导出模式”一节。

4.4 运行指定的迁移

如果想执行指定迁移，或者撤销指定迁移，可以使用 db:migrate:up 和 db:migrate:down 任务，指定相应的版本号，就会根据需求调用 change、up 或 down 方法。例如：

$ rake db:migrate:up VERSION=20080906120000

这个命令会执行 20080906120000 迁移中的 change 方法或 up 方法。db:migrate:up 首先会检测指定的迁移是否已经运行，如果 Active Record 任务已经执行，就不会做任何操作。

4.5 在不同的环境中运行迁移

默认情况下，rake db:migrate 任务在 development 环境中执行。要在其他环境中运行迁移，执行命令时可以使用环境变量 RAILS_ENV 指定环境。例如，要在 test 环境中运行迁移，可以执行下面的命令：

$ rake db:migrate RAILS_ENV=test

4.6 修改运行迁移时的输出

默认情况下，运行迁移时，会输出操作了哪些操作，以及花了多长时间。创建数据表并添加索引的迁移产生的输出如下：

==  CreateProducts: migrating =================================================
-- create_table(:products)
   -> 0.0028s
==  CreateProducts: migrated (0.0028s) ========================================

在迁移中可以使用很多方法，控制输出：

方法	作用
suppress_messages	接受一个代码块，禁止代码块中所有操作的输出
say	接受一个消息字符串作为参数，将其输出。第二个参数是布尔值，指定输出结果是否缩进
say_with_time	输出文本，以及执行代码块中操作所用时间。如果代码块的返回结果是整数，会当做操作的记录数量

例如，下面这个迁移：

class CreateProducts < ActiveRecord::Migration
  def change
    suppress_messages do
      create_table :products do |t|
        t.string :name
        t.text :description
        t.timestamps
      end
    end

    say "Created a table"

    suppress_messages {add_index :products, :name}
    say "and an index!", true

    say_with_time 'Waiting for a while' do
      sleep 10
      250
    end
  end
end

输出结果是：

==  CreateProducts: migrating =================================================
-- Created a table
   -> and an index!
-- Waiting for a while
   -> 10.0013s
   -> 250 rows
==  CreateProducts: migrated (10.0054s) =======================================

如果不想让 Active Record 输出任何结果，可以使用 rake db:migrate VERBOSE=false。

5 修改现有的迁移

有时编写的迁移中可能有错误，如果已经运行了迁移，不能直接编辑迁移文件再运行迁移。Rails 认为这个迁移已经运行，所以执行 rake db:migrate 任务时什么也不会做。这种情况必须先回滚迁移（例如，执行 rake db:rollback 任务），编辑迁移文件后再执行 rake db:migrate 任务执行改正后的版本。

一般来说，直接修改现有的迁移不是个好主意。这么做会为你以及你的同事带来额外的工作量，如果这个迁移已经在生产服务器上运行过，还可能带来不必要的麻烦。你应该编写一个新的迁移，做所需的改动。编辑新生成还未纳入版本控制的迁移（或者更宽泛地说，还没有出现在开发设备之外），相对来说是安全的。

在新迁移中撤销之前迁移中的全部操作或者部分操作可以使用 revert 方法。（参见前面的撤销之前的迁移一节）

6 导出模式

6.1 模式文件的作用

迁移的作用并不是为数据库模式提供可信的参考源。db/schema.rb 或由 Active Record 生成的 SQL 文件才有这个作用。db/schema.rb 这些文件不可修改，其目的是表示数据库的当前结构。

部署新程序时，无需运行全部的迁移。直接加载数据库结构要简单快速得多。

例如，测试数据库是这样创建的：导出开发数据库的结构（存入文件 db/schema.rb 或 db/structure.sql），然后导入测试数据库。

模式文件还可以用来快速查看 Active Record 中有哪些属性。模型中没有属性信息，而且迁移会频繁修改属性，但是模式文件中有最终的结果。annotate_models gem 会在模型文件的顶部加入注释，自动添加并更新模型的模式。

6.2 导出的模式文件类型

导出模式有两种方法，由 config/application.rb 文件中的 config.active_record.schema_format 选项设置，可以是 :sql 或 :ruby。

如果设为 :ruby，导出的模式保存在 db/schema.rb 文件中。打开这个文件，你会发现内容很多，就像一个很大的迁移：

ActiveRecord::Schema.define(version: 20080906171750) do
  create_table "authors", force: true do |t|
    t.string   "name"
    t.datetime "created_at"
    t.datetime "updated_at"
  end

  create_table "products", force: true do |t|
    t.string   "name"
    t.text "description"
    t.datetime "created_at"
    t.datetime "updated_at"
    t.string "part_number"
  end
end

大多数情况下，文件的内容都是这样。这个文件使用 create_table、add_index 等方法审查数据库的结构。这个文件盒使用的数据库类型无关，可以导入任何一种 Active Record 支持的数据库。如果开发的程序需要兼容多种数据库，可以使用这个文件。

不过 db/schema.rb 也有缺点：无法执行数据库的某些操作，例如外键约束，触发器，存储过程。在迁移文件中可以执行 SQL 语句，但导出模式的程序无法从数据库中重建这些语句。如果你的程序用到了前面提到的数据库操作，可以把模式文件的格式设为 :sql。

:sql 格式的文件不使用 Active Record 的模式导出程序，而使用数据库自带的导出工具（执行 db:structure:dump 任务），把数据库模式导入 db/structure.sql 文件。例如，PostgreSQL 使用 pg_dump 导出模式。如果使用 MySQL，db/structure.sql 文件中会出现多个 SHOW CREATE TABLE 用来创建数据表的语句。

加载模式时，只要执行其中的 SQL 语句即可。按预期，导入后会创建一个完整的数据库结构。使用 :sql 格式，就不能把模式导入其他类型的数据库中了。

6.3 模式导出和版本控制

因为导出的模式文件是数据库模式的可信源，强烈推荐将其纳入版本控制。

7 Active Record 和引用完整性

Active Record 在模型中，而不是数据库中设置关联。因此，需要在数据库中实现的功能，例如触发器、外键约束，不太常用。

validates :foreign_key, uniqueness: true 这个验证是模型保证数据完整性的一种方法。在关联中设置 :dependent 选项，可以保证父对象删除后，子对象也会被删除。和任何一种程序层的操作一样，这些无法完全保证引用完整性，所以很多人还是会在数据库中使用外键约束。

Active Record 并没有为使用这些功能提供任何工具，不过 execute 方法可以执行任意的 SQL 语句。还可以使用 foreigner 等 gem，为 Active Record 添加外键支持（还能把外键导出到 db/schema.rb 文件）。

8 迁移和种子数据

有些人使用迁移把数据存入数据库：

class AddInitialProducts < ActiveRecord::Migration
  def up
    5.times do |i|
      Product.create(name: "Product ##{i}", description: "A product.")
    end
  end

  def down
    Product.delete_all
  end
end

Rails 提供了“种子”功能，可以把初始化数据存入数据库。这个功能用起来很简单，在 db/seeds.rb 文件中写一些 Ruby 代码，然后执行 rake db:seed 命令即可：

5.times do |i|
  Product.create(name: "Product ##{i}", description: "A product.")
end

填充新建程序的数据库，使用这种方法操作起来简洁得多。

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Chapters

1 迁移简介

2 创建迁移

2.1 单独创建迁移

2.2 模型生成器

2.3 支持的类型修饰符

3 编写迁移

3.1 创建数据表

3.2 创建联合数据表

3.3 修改数据表

3.4 如果帮助方法不够用

3.5 使用 `change` 方法

3.6 使用 `reversible` 方法

3.7 使用 `up` 和 `down` 方法

3.8 撤销之前的迁移

4 运行迁移

4.1 回滚

4.2 搭建数据库

4.3 重建数据库

4.4 运行指定的迁移

4.5 在不同的环境中运行迁移

4.6 修改运行迁移时的输出

5 修改现有的迁移

6 导出模式

6.1 模式文件的作用

6.2 导出的模式文件类型

6.3 模式导出和版本控制

7 Active Record 和引用完整性

8 迁移和种子数据

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