如何在Django中预取关联模型的最新对象以避免N+1查询？

问题背景 #

现有Django模型如下：

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

class Book(models.Model):
    author = models.ForeignKey(Author, related_name="books", on_delete=models.CASCADE)
    title = models.CharField(max_length=100)
    created_at = models.DateTimeField(auto_now_add=True)

执行以下代码时会出现预期的N+1查询问题：

queryset = Author.objects.all()
for author in queryset:
    print(author.name)
    print(author.books.latest("created_at").title)

尝试通过queryset = Author.objects.prefetch_related('books')预取books关联，但未解决N+1问题——原因是预取执行的是SELECT * FROM book WHERE author_id IN (1,2,...)，而latest()执行的是SELECT * FROM book WHERE author_id = 1 ORDER BY created_at DESC LIMIT 1，二者逻辑不同。

也尝试了queryset = Author.objects.prefetch_related(Prefetch('books', queryset=Book.objects.order_by("-created_at")))，但同样无效。

请问应如何编写预取语句，才能在使用latest()时避免N+1查询？

解决方案 #

要解决这个问题，核心是预取每个作者的最新单本图书，而非全部关联图书。以下两种方法可以实现：

方法一：子查询+预取指定图书ID #

先通过子查询获取每个作者最新图书的ID，再仅预取这些ID对应的图书：

from django.db.models import Subquery, OuterRef
from django.db.models import Prefetch

# 子查询：获取每个作者最新的单本图书ID
latest_book_subquery = Book.objects.filter(
    author=OuterRef('pk')
).order_by('-created_at').values('pk')[:1]

# 先给作者标注最新图书ID，再预取对应图书到自定义属性
queryset = Author.objects.annotate(
    latest_book_id=Subquery(latest_book_subquery)
).prefetch_related(
    Prefetch(
        'books',
        queryset=Book.objects.filter(pk__in=Subquery(latest_book_subquery)),
        to_attr='latest_book'
    )
)

# 使用时直接从预取的集合中取最新图书
for author in queryset:
    print(author.name)
    print(author.latest_book[0].title)

方法二：窗口函数筛选最新图书 #

利用Django的窗口函数，给每个作者的图书按创建时间倒序编号，仅保留编号为1的最新图书，再预取这些结果：

from django.db.models import Window, F
from django.db.models.functions import RowNumber
from django.db.models import Prefetch

# 用窗口函数筛选每个作者的最新图书
latest_books_queryset = Book.objects.annotate(
    row_num=Window(
        partition_by=F('author'),  # 按作者分组
        order_by=F('created_at').desc()  # 按创建时间倒序排序
    )
).filter(row_num=1)  # 只取每组的第一本（最新的）

# 预取筛选后的最新图书到自定义属性
queryset = Author.objects.prefetch_related(
    Prefetch(
        'books',
        queryset=latest_books_queryset,
        to_attr='latest_book'
    )
)

# 使用方式一致
for author in queryset:
    print(author.name)
    print(author.latest_book[0].title)

为什么之前的方法无效？ #

之前的预取操作只是把该作者的全部图书（或排序后的全部图书）加载到内存，但author.books.latest()是触发数据库层面的查询，不会直接使用内存中预取的集合计算。而上面的方法是直接在数据库层面筛选出每个作者的最新图书，再预取到内存，循环时直接从预取的集合中读取，不会触发新的数据库查询。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Monoab