Django ORM如何跨多表为模型注解深层关联关系管理器

现有如下三层Django模型结构：

class lvlOne(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=255)


class lvlTwo(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=255)
    parent = models.ForeignKey(lvlOne, related_name="children")


class lvlThree(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=255)
    parent = models.ForeignKey(lvlTwo)

目标是为lvlOne实例添加跨层级的lvlThree关联管理器，实现如下调用效果：

obj = lvlOne.objects.annotate(grandchildren = .... ).get()

obj.children.all() # 配置related_name后可正常获取所有关联的lvlTwo实例
obj.grandchildren.all() # 期望可直接获取所有关联的lvlThree实例

已尝试的无效方案：

• 使用PostgreSQL专属的ArrayAGG聚合仅能返回ID、名称等字段组成的列表，无法获取实际的模型对象
• 使用Prefetch()和FilteredRelation()仅支持处理直接关联关系，跨多张模型表的查询路径下预取操作无法正常生效

annotate本身的设计定位是为查询结果追加聚合/计算类字段，并不支持挂载跨表关联管理器，不需要强行用annotate实现需求，以下两种方案都可以满足预期调用效果

方案1：轻量实现（适配绝大多数业务场景） #

查询阶段使用prefetch_related指定跨层级预取路径，避免N+1查询问题：

# 查询时一次性预取两层关联数据，不会产生额外重复查询
obj = lvlOne.objects.prefetch_related("children__lvlthree_set").get(id=1)

在lvlOne模型中追加属性封装跨层级查询逻辑：

class lvlOne(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=255)

    @property
    def grandchildren(self):
        # 命中预取缓存时直接从缓存取数据，无额外SQL
        if hasattr(self, "_prefetched_objects_cache"):
            result = []
            for child in self.children.all():
                result.extend(child.lvlthree_set.all())
            return result
        # 未预取时自动走数据库查询
        return lvlThree.objects.filter(parent__parent=self)

使用时如果已经做了预取，直接迭代obj.grandchildren即可拿到所有三级关联实例；未预取场景下obj.grandchildren.all()可以正常返回查询集，支持链式过滤、排序等所有原生查询集方法。

方案2：自定义关联描述符（完全复刻原生管理器体验） #

如果需要完全对齐Django原生Related Manager的行为（支持add、create、remove等管理器方法，不需要额外预取配置即可正常使用），可以自定义描述符模拟原生反向关联的逻辑：

from django.db.models.fields.related_descriptors import ReverseManyToOneDescriptor

class GrandchildrenRelationDescriptor(ReverseManyToOneDescriptor):
    def __get__(self, instance, owner=None):
        if instance is None:
            return self
        # 固定过滤当前一级实例下的所有三级关联
        return super().__get__(instance, owner).filter(parent__parent_id=instance.pk)

class lvlOne(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=255)
    # 挂载自定义关联管理器
    grandchildren = GrandchildrenRelationDescriptor(lvlThree._meta.get_field("parent"))

该方案下不需要修改查询逻辑，直接调用obj.grandchildren.all()即可拿到所有关联的lvlThree实例，所有原生关联管理器支持的方法都可以正常使用，配合prefetch_related("children__lvlthree_set")同样可以实现无N+1的高性能查询。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ravy-ltu