azure-cosmos-db-py
microsoft/skills
Crea servicios NoSQL de Azure Cosmos DB aptos para producción con Python/FastAPI, incluyendo la configuración del cliente con autenticación dual, operaciones CRUD en la capa de servicio, estrategias de claves de partición, consultas parametrizadas y patrones de TDD.
...Expandir todoImplementación del servicio Cosmos DB
Crea servicios NoSQL de Azure Cosmos DB aptos para producción siguiendo las normas de código limpio, las mejores prácticas de seguridad y los principios de TDD.
Instalación
pip install azure-cosmos azure-identity
Variables de entorno
COSMOS_ENDPOINT=https://.documents.azure.com:443/ # Required for all auth methods
COSMOS_DATABASE_NAME= # Required for all auth methods
COSMOS_CONTAINER_ID= # Required for all auth methods
# For emulator only (not production)
COSMOS_KEY= # Only required for key-based auth or emulator
AZURE_TOKEN_CREDENTIALS=prod # Required only if DefaultAzureCredential is used in production
Autenticación y ciclo de vida
🔑 Hay dos reglas que se aplican a todos los ejemplos de código que aparecen a continuación:
- Da prioridad a
DefaultAzureCredential. Funciona tanto a nivel local (Azure CLI, VS Code, Developer CLI) como en Azure (identidad gestionada, identidad de carga de trabajo) sin necesidad de modificar el código. Evita las cadenas de conexión y las claves de cuenta o API, ya que estas eluden la auditoría y la rotación de Entra.
- Desarrollo local:
DefaultAzureCredentialfunciona tal cual.- Producción: configura
AZURE_TOKEN_CREDENTIALS=prod(oAZURE_TOKEN_CREDENTIALS=) para limitar la cadena de credenciales a aquellas seguras para el entorno de producción.- Envuelve cada cliente en un gestor de contexto para que los transportes HTTP, los sockets y las cachés de tokens se liberen de forma determinista:
- Sincrónico:
with(...) as client: - Asíncrono:
async withy(...) as client: async with DefaultAzureCredential() as credential:(deazure.identity.aio)Los fragmentos de código pueden abreviar esta configuración, pero el código de producción siempre debe seguir ambas reglas.
DefaultAzureCredential (preferible):
import os
from azure.cosmos import CosmosClient
from azure.identity import DefaultAzureCredential, ManagedIdentityCredential
# Local dev: DefaultAzureCredential. Production: set AZURE_TOKEN_CREDENTIALS=prod or AZURE_TOKEN_CREDENTIALS=
credential = DefaultAzureCredential(require_envvar=True)
# Or use a specific credential directly in production:
# See https://learn.microsoft.com/python/api/overview/azure/identity-readme?view=azure-python#credential-classes
# credential = ManagedIdentityCredential()
with CosmosClient(
url=os.environ["COSMOS_ENDPOINT"],
credential=credential
) as client:
# Use client here (see following sections for operations)
...
Emulador (desarrollo local):
from azure.cosmos import CosmosClient
with CosmosClient(
url="https://localhost:8081",
credential=os.environ["COSMOS_KEY"],
connection_verify=False
) as client:
# Use client here (see following sections for operations)
...
Descripción general de la arquitectura
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ FastAPI Router │
│ - Auth dependencies (get_current_user, get_current_user_required)
│ - HTTP error responses (HTTPException) │
└──────────────────────────────┬──────────────────────────────────┘
│
┌──────────────────────────────▼──────────────────────────────────┐
│ Service Layer │
│ - Business logic and validation │
│ - Document ↔ Model conversion │
│ - Graceful degradation when Cosmos unavailable │
└──────────────────────────────┬──────────────────────────────────┘
│
┌──────────────────────────────▼──────────────────────────────────┐
│ Cosmos DB Client Module │
│ - Singleton container initialization │
│ - Dual auth: DefaultAzureCredential (Azure) / Key (emulator) │
│ - Async wrapper via run_in_threadpool │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Inicio rápido
1. Configuración del módulo cliente
Crea un cliente Cosmos de tipo singleton con autenticación dual:
# db/cosmos.py
from azure.cosmos import CosmosClient
from azure.identity import DefaultAzureCredential
from starlette.concurrency import run_in_threadpool
_cosmos_container = None
def _is_emulator_endpoint(endpoint: str) -> bool:
return "localhost" in endpoint or "127.0.0.1" in endpoint
async def get_container():
global _cosmos_container
if _cosmos_container is None:
# Singleton: client lives for the FastAPI app lifetime; close in a lifespan shutdown handler.
if _is_emulator_endpoint(settings.cosmos_endpoint):
client = CosmosClient(
url=settings.cosmos_endpoint,
credential=settings.cosmos_key,
connection_verify=False
)
else:
client = CosmosClient(
url=settings.cosmos_endpoint,
credential=DefaultAzureCredential()
)
db = client.get_database_client(settings.cosmos_database_name)
_cosmos_container = db.get_container_client(settings.cosmos_container_id)
return _cosmos_container
Implementación completa: Véase references/client-setup.md
2. Jerarquía de modelos de Pydantic
Utiliza el patrón de modelo de cinco capas para una separación clara:
class ProjectBase(BaseModel): # Shared fields
name: str = Field(..., min_length=1, max_length=200)
class ProjectCreate(ProjectBase): # Creation request
workspace_id: str = Field(..., alias="workspaceId")
class ProjectUpdate(BaseModel): # Partial updates (all optional)
name: Optional[str] = Field(None, min_length=1)
class Project(ProjectBase): # API response
id: str
created_at: datetime = Field(..., alias="createdAt")
class ProjectInDB(Project): # Internal with docType
doc_type: str = "project"
3. Patrón de la capa de servicio
class ProjectService:
def _use_cosmos(self) -> bool:
return get_container() is not None
async def get_by_id(self, project_id: str, workspace_id: str) -> Project | None:
if not self._use_cosmos():
return None
doc = await get_document(project_id, partition_key=workspace_id)
if doc is None:
return None
return self._doc_to_model(doc)
Patrones completos: Véase references/service-layer.md
Principios fundamentales
Requisitos de seguridad
- Autenticación RBAC: utiliza
DefaultAzureCredentialen Azure; nunca almacenes claves en el código - Claves exclusivas del emulador: codifica de forma fija la clave conocida del emulador solo para el desarrollo local
- Consultas parametrizadas: utiliza siempre
@parameterla sintaxis; nunca la concatenación de cadenas - Validación de la clave de partición: comprueba que el acceso a la clave de partición se ajuste a la autorización del usuario
Convenciones de código limpio
- Responsabilidad única: el módulo cliente gestiona la conexión; los servicios gestionan la lógica de negocio
- Degradación elegante: los servicios devuelven
None/[]cuando Cosmos no está disponible - Nomenclatura coherente:
_doc_to_model(),_model_to_doc(),_use_cosmos() - Indicadores de tipo: tipado completo en todos los métodos públicos
- Alias en CamelCase: se utiliza
Field(alias="camelCase")para la serialización JSON
Requisitos de TDD
Escribe las pruebas ANTES de la implementación utilizando estos patrones:
@pytest.fixture
def mock_cosmos_container(mocker):
container = mocker.MagicMock()
mocker.patch("app.db.cosmos.get_container", return_value=container)
return container
@pytest.mark.asyncio
async def test_get_project_by_id_returns_project(mock_cosmos_container):
# Arrange
mock_cosmos_container.read_item.return_value = {"id": "123", "name": "Test"}
# Act
result = await project_service.get_by_id("123", "workspace-1")
# Assert
assert result.id == "123"
assert result.name == "Test"
Guía completa de pruebas: Véase references/testing.md
Buenas prácticas
- Esta habilidad utiliza async en todo momento (
azure.cosmos.aio); no lo mezcles con el clienteazure.cosmossincrónico. Mantén toda la ruta de solicitud de FastAPI asíncrona: no combines llamadas sincrónicas a Cosmos con controladores asíncronos. - Utiliza siempre gestores de contexto para los clientes y las credenciales asíncronas. Envuelve el cliente en
async with CosmosClient(...) as client:(o gestiona su ciclo de vida mediante el ciclo de vida de FastAPI y ciérralo explícitamente). ParaDefaultAzureCredentialdeazure.identity.aio, utiliza tambiénasync with credential:para que se eliminen los tokens y los transportes.
Archivos de referencia
| Archivo | Cuándo leerlo |
|---|---|
| references/client-setup.md | Configuración del cliente Cosmos con autenticación dual, configuración SSL y patrón singleton |
| references/service-layer.md | Implementación de una clase de servicio completa con CRUD, conversiones y degradación elegante |
| references/testing.md | Escritura de pruebas con pytest, simulación de Cosmos y configuración de pruebas de integración |
| references/partitioning.md | Elección de claves de partición, consultas entre particiones, operaciones de traslado |
| referencias/gestión-de-errores.md | Gestión de CosmosResourceNotFoundError, registro en el diario, asignación de errores HTTP |
Archivos de plantilla
| Archivo | Finalidad |
|---|---|
| assets/cosmos_client_template.py | Módulo de cliente listo para usar |
| assets/service_template.py | Esqueleto de clase de servicio |
| assets/conftest_template.py | Fixtures de pytest para la simulación de Cosmos |
Atributos de calidad (NFR)
Fiabilidad
- Degradación gradual cuando Cosmos no está disponible
- Lógica de reintento con retroceso exponencial para fallos transitorios
- Agrupación de conexiones mediante el patrón singleton
Seguridad
- Cero secretos en el código (RBAC mediante DefaultAzureCredential)
- Las consultas parametrizadas evitan la inyección
- El aislamiento por clave de partición garantiza los límites de los datos
Mantenibilidad
- El patrón de modelo de cinco capas permite la evolución del esquema
- La capa de servicio desacopla la lógica de negocio del almacenamiento
- Patrones coherentes en todos los servicios de entidad
Capacidad de prueba
- Inyección de dependencias mediante
get_container() - Fácil simulación con variables globales a nivel de módulo
- La clara separación permite realizar pruebas unitarias sin Cosmos
Rendimiento
- Las consultas con clave de partición evitan los escaneos entre particiones
- El envoltorio asíncrono evita el bloqueo del bucle de eventos de FastAPI
- Sobrecarga mínima en la conversión de documentos
---
name: azure-cosmos-db-py
description: Build production-grade Azure Cosmos DB NoSQL services with Python/FastAPI, including client setup with dual authentication, service layer CRUD operations, partition key strategies, parameterized queries, and TDD patterns.
license: MIT
---
# Cosmos DB Service Implementation
Build production-grade Azure Cosmos DB NoSQL services following clean code, security best practices, and TDD principles.
## Installation
```bash
pip install azure-cosmos azure-identity
```
## Environment Variables
```bash
COSMOS_ENDPOINT=https://<account>.documents.azure.com:443/ # Required for all auth methods
COSMOS_DATABASE_NAME=<database-name> # Required for all auth methods
COSMOS_CONTAINER_ID=<container-id> # Required for all auth methods
# For emulator only (not production)
COSMOS_KEY=<emulator-key> # Only required for key-based auth or emulator
AZURE_TOKEN_CREDENTIALS=prod # Required only if DefaultAzureCredential is used in production
```
## Authentication & Lifecycle
> **🔑 Two rules apply to every code sample below:**
>
> 1. **Prefer `DefaultAzureCredential`.** It works locally (Azure CLI / VS Code / Developer CLI) and in Azure (managed identity, workload identity) with no code change. Avoid connection strings, account/API keys — they bypass Entra audit and rotation.
> - Local dev: `DefaultAzureCredential` works as-is.
> - Production: set `AZURE_TOKEN_CREDENTIALS=prod` (or `AZURE_TOKEN_CREDENTIALS=<specific_credential>`) to constrain the credential chain to production-safe credentials.
> 2. **Wrap every client in a context manager** so HTTP transports, sockets, and token caches are released deterministically:
> - Sync: `with <Client>(...) as client:`
> - Async: `async with <Client>(...) as client:` **and** `async with DefaultAzureCredential() as credential:` (from `azure.identity.aio`)
>
> Snippets may abbreviate this setup, but production code should always follow both rules.
**DefaultAzureCredential (preferred)**:
```python
import os
from azure.cosmos import CosmosClient
from azure.identity import DefaultAzureCredential, ManagedIdentityCredential
# Local dev: DefaultAzureCredential. Production: set AZURE_TOKEN_CREDENTIALS=prod or AZURE_TOKEN_CREDENTIALS=<specific_credential>
credential = DefaultAzureCredential(require_envvar=True)
# Or use a specific credential directly in production:
# See https://learn.microsoft.com/python/api/overview/azure/identity-readme?view=azure-python#credential-classes
# credential = ManagedIdentityCredential()
with CosmosClient(
url=os.environ["COSMOS_ENDPOINT"],
credential=credential
) as client:
# Use client here (see following sections for operations)
...
```
**Emulator (local development)**:
```python
from azure.cosmos import CosmosClient
with CosmosClient(
url="https://localhost:8081",
credential=os.environ["COSMOS_KEY"],
connection_verify=False
) as client:
# Use client here (see following sections for operations)
...
```
## Architecture Overview
```
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ FastAPI Router │
│ - Auth dependencies (get_current_user, get_current_user_required)
│ - HTTP error responses (HTTPException) │
└──────────────────────────────┬──────────────────────────────────┘
│
┌──────────────────────────────▼──────────────────────────────────┐
│ Service Layer │
│ - Business logic and validation │
│ - Document ↔ Model conversion │
│ - Graceful degradation when Cosmos unavailable │
└──────────────────────────────┬──────────────────────────────────┘
│
┌──────────────────────────────▼──────────────────────────────────┐
│ Cosmos DB Client Module │
│ - Singleton container initialization │
│ - Dual auth: DefaultAzureCredential (Azure) / Key (emulator) │
│ - Async wrapper via run_in_threadpool │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
```
## Quick Start
### 1. Client Module Setup
Create a singleton Cosmos client with dual authentication:
```python
# db/cosmos.py
from azure.cosmos import CosmosClient
from azure.identity import DefaultAzureCredential
from starlette.concurrency import run_in_threadpool
_cosmos_container = None
def _is_emulator_endpoint(endpoint: str) -> bool:
return "localhost" in endpoint or "127.0.0.1" in endpoint
async def get_container():
global _cosmos_container
if _cosmos_container is None:
# Singleton: client lives for the FastAPI app lifetime; close in a lifespan shutdown handler.
if _is_emulator_endpoint(settings.cosmos_endpoint):
client = CosmosClient(
url=settings.cosmos_endpoint,
credential=settings.cosmos_key,
connection_verify=False
)
else:
client = CosmosClient(
url=settings.cosmos_endpoint,
credential=DefaultAzureCredential()
)
db = client.get_database_client(settings.cosmos_database_name)
_cosmos_container = db.get_container_client(settings.cosmos_container_id)
return _cosmos_container
```
**Full implementation**: See [references/client-setup.md](references/client-setup.md)
### 2. Pydantic Model Hierarchy
Use five-tier model pattern for clean separation:
```python
class ProjectBase(BaseModel): # Shared fields
name: str = Field(..., min_length=1, max_length=200)
class ProjectCreate(ProjectBase): # Creation request
workspace_id: str = Field(..., alias="workspaceId")
class ProjectUpdate(BaseModel): # Partial updates (all optional)
name: Optional[str] = Field(None, min_length=1)
class Project(ProjectBase): # API response
id: str
created_at: datetime = Field(..., alias="createdAt")
class ProjectInDB(Project): # Internal with docType
doc_type: str = "project"
```
### 3. Service Layer Pattern
```python
class ProjectService:
def _use_cosmos(self) -> bool:
return get_container() is not None
async def get_by_id(self, project_id: str, workspace_id: str) -> Project | None:
if not self._use_cosmos():
return None
doc = await get_document(project_id, partition_key=workspace_id)
if doc is None:
return None
return self._doc_to_model(doc)
```
**Full patterns**: See [references/service-layer.md](references/service-layer.md)
## Core Principles
### Security Requirements
1. **RBAC Authentication**: Use `DefaultAzureCredential` in Azure — never store keys in code
2. **Emulator-Only Keys**: Hardcode the well-known emulator key only for local development
3. **Parameterized Queries**: Always use `@parameter` syntax — never string concatenation
4. **Partition Key Validation**: Validate partition key access matches user authorization
### Clean Code Conventions
1. **Single Responsibility**: Client module handles connection; services handle business logic
2. **Graceful Degradation**: Services return `None`/`[]` when Cosmos unavailable
3. **Consistent Naming**: `_doc_to_model()`, `_model_to_doc()`, `_use_cosmos()`
4. **Type Hints**: Full typing on all public methods
5. **CamelCase Aliases**: Use `Field(alias="camelCase")` for JSON serialization
### TDD Requirements
Write tests BEFORE implementation using these patterns:
```python
@pytest.fixture
def mock_cosmos_container(mocker):
container = mocker.MagicMock()
mocker.patch("app.db.cosmos.get_container", return_value=container)
return container
@pytest.mark.asyncio
async def test_get_project_by_id_returns_project(mock_cosmos_container):
# Arrange
mock_cosmos_container.read_item.return_value = {"id": "123", "name": "Test"}
# Act
result = await project_service.get_by_id("123", "workspace-1")
# Assert
assert result.id == "123"
assert result.name == "Test"
```
**Full testing guide**: See [references/testing.md](references/testing.md)
## Best Practices
1. **This skill uses async throughout (`azure.cosmos.aio`); do not mix with the sync `azure.cosmos` client.** Keep the whole FastAPI request path async — don't pair sync Cosmos calls with async handlers.
2. **Always use context managers for clients and async credentials.** Wrap the client in `async with CosmosClient(...) as client:` (or manage its lifetime via FastAPI lifespan and close it explicitly). For async `DefaultAzureCredential` from `azure.identity.aio`, also use `async with credential:` so tokens and transports are cleaned up.
## Reference Files
| File | When to Read |
|------|--------------|
| [references/client-setup.md](references/client-setup.md) | Setting up Cosmos client with dual auth, SSL config, singleton pattern |
| [references/service-layer.md](references/service-layer.md) | Implementing full service class with CRUD, conversions, graceful degradation |
| [references/testing.md](references/testing.md) | Writing pytest tests, mocking Cosmos, integration test setup |
| [references/partitioning.md](references/partitioning.md) | Choosing partition keys, cross-partition queries, move operations |
| [references/error-handling.md](references/error-handling.md) | Handling CosmosResourceNotFoundError, logging, HTTP error mapping |
## Template Files
| File | Purpose |
|------|---------|
| [assets/cosmos_client_template.py](assets/cosmos_client_template.py) | Ready-to-use client module |
| [assets/service_template.py](assets/service_template.py) | Service class skeleton |
| [assets/conftest_template.py](assets/conftest_template.py) | pytest fixtures for Cosmos mocking |
## Quality Attributes (NFRs)
### Reliability
- Graceful degradation when Cosmos unavailable
- Retry logic with exponential backoff for transient failures
- Connection pooling via singleton pattern
### Security
- Zero secrets in code (RBAC via DefaultAzureCredential)
- Parameterized queries prevent injection
- Partition key isolation enforces data boundaries
### Maintainability
- Five-tier model pattern enables schema evolution
- Service layer decouples business logic from storage
- Consistent patterns across all entity services
### Testability
- Dependency injection via `get_container()`
- Easy mocking with module-level globals
- Clear separation enables unit testing without Cosmos
### Performance
- Partition key queries avoid cross-partition scans
- Async wrapping prevents blocking FastAPI event loop
- Minimal document conversion overhead
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