Pytest中使用SQLAlchemy进行异步数据库测试过程

本文档详细解释了在 pytest 环境下，如何使用 SQLAlchemy 的异步功能来管理数据库连接和状态，以确保测试的隔离性和可靠性。

1. Pytest Fixture 核心概念：作用域 (Scope)

@pytest.fixture 是 pytest 中一个非常强大的功能，它用于为测试函数提供数据、对象或预备/清理环境。其中，scope 参数是控制 fixture生命周期的关键。

scope 参数决定了一个 fixture 实例会被创建和销毁的频率。它有以下几个选项，按从小到大的顺序排列：

在我们的数据库测试策略中，我们组合使用了不同的 scope：

• db_engine 使用 scope="module": 因为数据库引擎的创建开销较大，我们希望在一个测试文件中它只被创建一次。
• db_session 使用 scope="function": 因为我们希望每个测试函数都在一个独立的、干净的事务中运行，测试结束后立即回滚，互不干扰。

2. 核心概念：MetaData 对象

MetaData 对象可以被看作是您数据库 schema 在 Python 代码中的一个“注册表”或“目录”。

它是一个容器，用于存放所有与它关联的 Table 对象的定义。

在我们的项目中，src/models/tables.py 中定义的所有 Table 对象都注册到了一个全局的 metadata 实例上。

这使得我们可以执行强大的 schema 级别的操作，如 metadata.create_all() 和 metadata.drop_all()。

2. 测试隔离策略

为了确保每个单元测试都在一个独立、干净的环境中运行，不受其他测试的影响，我们需要实现一种“测试隔离”策略。主要有两种方法：

策略一：每次重建 (Recreation per Test) - 我们当前使用的方法

这是最直观、最健壮的方法，不依赖特定数据库的事务特性。

示例代码

# test/dao/test_user_dao.py
@pytest.mark.asyncio
async def test_create_user():
    # 1. 为此测试创建独立的引擎
    engine = create_async_engine(DATABASE_URL)
    
    # 2. 在测试开始时，物理删除并重建所有表
    async with engine.begin() as conn:
        await conn.run_sync(metadata.drop_all)
        await conn.run_sync(metadata.create_all)

    # 3. 执行测试逻辑 (包括 commit)
    async with AsyncSession(engine) as session:
        # ... DAO 调用 ...
    
    # 4. 在测试结束时，销毁引擎以关闭所有物理连接
    await engine.dispose()

关键点解析

metadata.drop_all() / create_all():

• 作用: 实现测试隔离。
• 原理: 在每个测试函数开始时，物理地删除并重新创建所有数据库表。这保证了每个测试面对的都是一个全新的、空的数据库。
• DDL 与事务: 您提出了一个很好的问题：DROP/CREATE 是 DDL，为何要放在 engine.begin() 事务块中？在 PostgreSQL 中，DDL 是事务性的，可以被包含在事务中。但在这里，使用 engine.begin() 的主要目的是为了优雅地管理连接的生命周期（获取连接、执行操作、释放连接），而不是为了 DDL 的原子性。

engine.dispose():

• 作用: 实现资源清理。
• 原理: 关闭并销毁 engine 内部维护的整个连接池中的所有物理数据库连接。

与 rollback 的区别: dispose() 不会回滚任何已提交的事务。它只负责关闭网络连接。在我们的例子中，测试数据的清理是由下一个测试开始时的 drop_all 完成的。

• 优点: 极其可靠，跨数据库兼容性好。

• 缺点: 性能较低。对于每个测试都删除和创建表，开销很大。

策略二：事务回滚 (Transaction Rollback) - 更高效的策略

这是一种更高级、性能更好的方法，它利用了数据库的事务特性。

理论代码

# conftest.py - (这是一个理论上的例子，我们当前项目没有使用)

@pytest.fixture(scope="session")
async def engine():
    # 整个测试会话只创建一个引擎
    db_engine = create_async_engine(DATABASE_URL)
    yield db_engine
    await db_engine.dispose()

@pytest.fixture(scope="session", autouse=True)
async def setup_database(engine):
    # 在会话开始时创建一次表，结束时删除一次
    async with engine.begin() as conn:
        await conn.run_sync(metadata.create_all)
    yield
    async with engine.begin() as conn:
        await conn.run_sync(metadata.drop_all)

@pytest.fixture(scope="function")
async def db_session(engine) -> AsyncSession:
    # 为每个测试函数提供一个特殊的“回滚”会话
    async with engine.connect() as connection:
        async with connection.begin() as transaction: # 开始一个事务
            async with AsyncSession(bind=connection) as session:
                yield session
                # 测试结束后，回滚这个事务，撤销所有 DML 操作
                await transaction.rollback()

关键点解析

setup_database Fixture: 在整个测试会话开始时创建一次所有表，在会话结束时删除它们。

db_session Fixture:

• connection.begin(): 在每个测试函数开始时，它会启动一个事务（或者在支持的数据库上是一个嵌套事务/保存点）。
• yield session: 测试函数在自己的这个“子事务”中运行，可以自由地 COMMIT 数据。
• await transaction.rollback(): 这是核心。当测试函数结束时，无论测试成功与否，也无论函数内部是否执行了 commit，这个 fixture 都会强制回滚最外层的事务。

效果: test_create_user 中 COMMIT 的数据实际上只被提交到了一个未关闭的事务中。测试一结束，整个事务就被回滚，数据库瞬间恢复到测试开始前的状态。

• 优点: 速度极快。ROLLBACK 是一个非常轻量级的操作。
• 缺点: 实现更复杂，且依赖于数据库对事务性 DDL 的支持。

总结

我们当前采用的**策略一（每次重建）**虽然性能稍低，但它更简单、直观，并且能 100% 保证每个测试的隔离性。对于大多数项目来说，这都是一个非常可靠和推荐的起点。

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。