PythonでWeb開発をレベルアップ！ SQLAlchemy & Flask を使った PostgreSQL 接続プーリングの教科書

2024-06-16

SQLAlchemy、Flask、PostgreSQLにおける接続プーリングの概要

このチュートリアルでは、SQLAlchemy、Flask、PostgreSQL を組み合わせた Web アプリケーションで接続プーリングを有効にする方法を説明します。

接続プーリングは、データベースとの接続を管理する効率的なメカニズムであり、データベースのパフォーマンスとスケーラビリティを向上させるのに役立ちます。

このチュートリアルでは、以下のトピックについて説明します。

接続プーリングとは何か？
SQLAlchemy での接続プーリングの仕組み
Flask アプリケーションで接続プーリングを構成する方法
接続プールのサイズとオーバーフローの調整
接続プーリングに関するよくある問題

接続プーリングは、データベースとの接続を再利用するメカニズムです。

データベースへの接続はリソースが限られているため、アプリケーションごとに毎回新しい接続を作成すると、パフォーマンスが低下する可能性があります。

接続プーリングを使用すると、アプリケーションはプールから既存の接続を使用でき、新しい接続を作成する必要がなくなります。

これにより、データベースへの接続にかかる時間を短縮し、アプリケーションのパフォーマンスとスケーラビリティを向上させることができます。

SQLAlchemy は、デフォルトで接続プーリングをサポートしています。

接続エンジンを作成するときに、pool_size、pool_recycle、pool_timeout などの接続プールの設定を指定できます。

pool_size：プール内の最大接続数
pool_recycle：アイドル状態の接続を再利用するまでの秒数
pool_timeout：接続が使用できなくなったと見なされるまでの秒数

Flask-SQLAlchemy 拡張機能をインストールします。

pip install Flask-SQLAlchemy

Flask アプリケーションで SQLAlchemy オブジェクトを作成します。

from flask import Flask
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

app = Flask(__name__)
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'postgresql://user:password@host:port/database'
db = SQLAlchemy(app)

アプリケーションの init_app メソッドで SQLAlchemy オブジェクトを初期化します。

@app.before_first_request
def initialize_database():
    db.create_all()

接続プールのサイズとオーバーフローを調整することで、アプリケーションのパフォーマンスを最適化できます。

pool_size を大きくすると、データベースへの接続数が増え、パフォーマンスが向上する可能性があります。

ただし、pool_size を設定しすぎると、メモリ使用量が増加する可能性があります。

pool_overflow を設定すると、プール内の最大接続数を超えた場合に、新しい接続を作成できるようになります。

接続プーリングを使用する際に発生する一般的な問題は次のとおりです。

接続プールの枯渇: アプリケーションがプール内のすべての接続を使用している場合、新しい要求を処理するために新しい接続を作成する必要があります。

これは、アプリケーションのパフォーマンスの低下につながる可能性があります。

接続リーク: 接続が閉じられず、プールに戻されない場合、接続リークが発生します。

接続リークは、メモリ使用量の増加やデータベース接続の枯渇につながる可能性があります。

接続プーリングは、データベースのパフォーマンスとスケーラビリティを向上させるのに役立つ強力なツールです。

SQLAlchemy、Flask、PostgreSQL を使用して接続プーリングを正しく構成することで、アプリケーションのパフォーマンスを最大限に引き出すことができます。

SQLAlchemy、Flask、PostgreSQL を使用した接続プーリングのサンプルコード

from flask import Flask, render_template, request
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

app = Flask(__name__)

# データベース接続URIを指定
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'postgresql://user:password@host:port/database'

# SQLAlchemyオブジェクトを作成
db = SQLAlchemy(app)

# ユーザーを表すモデルを定義
class User(db.Model):
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    name = db.Column(db.String(80), nullable=False)
    email = db.Column(db.String(120), unique=True, nullable=False)

# ユーザーを一覧表示するルート
@app.route('/')
def index():
    users = User.query.all()
    return render_template('index.html', users=users)

# ユーザーを作成するルート
@app.route('/create', methods=['GET', 'POST'])
def create_user():
    if request.method == 'POST':
        name = request.form['name']
        email = request.form['email']

        new_user = User(name=name, email=email)
        db.session.add(new_user)
        db.session.commit()

        return redirect('/')

    return render_template('create_user.html')

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

このコードは、次のことを行います。

Flask アプリケーションを作成し、SQLALCHEMY_DATABASE_URI 設定を使用して PostgreSQL データベースへの接続を構成します。
SQLAlchemy オブジェクトを作成して、データベースとのやり取りを管理します。
User モデルを定義して、データベース内のユーザーを表します。
/ ルートを定義して、すべてのユーザーのリストをレンダリングします。
/create ルートを定義して、新しいユーザーを作成するためのフォームを提供します。

この例では、デフォルトの接続プールの設定を使用しています。

接続プールのサイズとオーバーフローを調整するには、SQLALCHEMY_POOL_SIZE と SQLALCHEMY_POOL_OVERFLOW 設定を使用できます。

app.config['SQLALCHEMY_POOL_SIZE'] = 20
app.config['SQLALCHEMY_POOL_OVERFLOW'] = 5

このコードは、接続プールの最大サイズを 20 に設定し、プール内の最大接続数を超えた場合に 5 つの新しい接続を作成できるようにします。

詳細については、SQLAlchemy のドキュメント https://docs-sqlalchemy.readthedocs.io/ko/latest/core/pooling.html を参照してください。

SQLAlchemy、Flask、PostgreSQL で接続プーリングを構成するその他の方法

環境変数を使用して接続プールの設定を指定できます。

export SQLALCHEMY_DATABASE_URI=postgresql://user:password@host:port/database
export SQLALCHEMY_POOL_SIZE=20
export SQLALCHEMY_POOL_OVERFLOW=5

次に、Flask アプリケーションで環境変数を読み取ることができます。

from flask import Flask
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

app = Flask(__name__)

# 環境変数から接続URIを読み取る
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = os.environ['SQLALCHEMY_DATABASE_URI']

# SQLAlchemyオブジェクトを作成
db = SQLAlchemy(app)

# ...

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

create_engine 関数を使用して接続エンジンを作成し、接続プールの設定を指定できます。

from flask import Flask
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
from sqlalchemy import create_engine

app = Flask(__name__)

# 接続エンジンを作成
engine = create_engine('postgresql://user:password@host:port/database', pool_size=20, pool_overflow=5)

# SQLAlchemyオブジェクトを作成
db = SQLAlchemy(app, engine=engine)

# ...

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

Flask-SQLAlchemy 拡張機能の init_app メソッドを使用して接続プールの設定を指定できます。

from flask import Flask
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

app = Flask(__name__)

# SQLAlchemyオブジェクトを作成
db = SQLAlchemy(app)

# init_appメソッドを使用して接続プールの設定を指定
@app.before_first_request
def initialize_database():
    db.create_all()

    # 接続プールの設定
    db.pool_size = 20
    db.pool_overflow = 5

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)