azure-cosmos-db-py
microsoft/skills
Создавайте NoSQL-сервисы Azure Cosmos DB производственного уровня с помощью Python/FastAPI, включая настройку клиента с двойной аутентификацией, операции CRUD на уровне сервиса, стратегии выбора ключей разбиения, параметризованные запросы и шаблоны TDD.
...Расширить всеРеализация службы Cosmos DB
Создание NoSQL-сервисов Azure Cosmos DB производственного уровня с соблюдением принципов написания «чистого» кода, лучших практик безопасности и принципов TDD.
Установка
pip install azure-cosmos azure-identity
Переменные среды
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
Аутентификация и жизненный цикл
🔑 К каждому приведенному ниже примеру кода применяются два правила:
- Предпочтительно используйте
DefaultAzureCredential. Он работает как локально (Azure CLI / VS Code / Developer CLI), так и в Azure (управляемая идентичность, идентичность рабочей нагрузки) без изменения кода. Избегайте строк подключения, учетных записей и ключей API — они обходят аудит и ротацию Entra.
- Локальная разработка:
DefaultAzureCredentialработает без изменений.- Производственная среда: установите
AZURE_TOKEN_CREDENTIALS=prod(илиAZURE_TOKEN_CREDENTIALS=) для ограничения цепочки учетных данных безопасными для производственной среды учетными данными.- Оберните каждого клиента в менеджер контекста, чтобы HTTP-транспорт, сокеты и кэши токенов освобождались детерминированно:
- Синхронный режим:
with(...) as client: - Асинхронный режим:
async withи(...) as client: async with DefaultAzureCredential() as credential:(изazure.identity.aio)Фрагменты кода могут упрощать эту настройку, но производственный код всегда должен следовать обоим правилам.
DefaultAzureCredential (рекомендуется):
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)
...
Эмулятор (локальная разработка):
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)
...
Обзор архитектуры
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 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 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Быстрый старт
1. Настройка клиентского модуля
Создайте синглтон-клиент Cosmos с двойной аутентификацией:
# 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
Полная реализация: см. references/client-setup.md
2. Иерархия моделей Pydantic
Используйте пятиуровневый шаблон модели для четкого разделения:
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. Шаблон сервисного уровня
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)
Полные шаблоны: см. references/service-layer.md
Основные принципы
Требования к безопасности
- Аутентификация RBAC: используйте
DefaultAzureCredentialв Azure — никогда не храните ключи в коде - Ключи, предназначенные только для эмулятора: жестко прописывайте хорошо известный ключ эмулятора только для локальной разработки
- Параметризованные запросы: всегда используйте
@parameterсинтаксис — никогда не используйте конкатенацию строк - Проверка ключа раздела: убедитесь, что доступ по ключу раздела соответствует авторизации пользователя
Конвенции «чистого кода»
- Единственная ответственность: клиентский модуль отвечает за подключение; сервисы — за бизнес-логику
- Плавное снижение производительности: сервисы возвращают
None/[]при недоступности Cosmos - Последовательное именование:
_doc_to_model(),_model_to_doc(),_use_cosmos() - Подсказки типов: полное указание типов для всех публичных методов
- Псевдонимы в стиле CamelCase: Использование
Field(alias="camelCase")для сериализации JSON
Требования TDD
Напишите тесты ДО реализации, используя следующие шаблоны:
@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"
Полное руководство по тестированию: см. references/testing.md
Рекомендации
- В этом навыке повсеместно используется асинхронный режим (
azure.cosmos.aio); не смешивайте его с синхронным клиентомazure.cosmos. Сохраняйте весь путь запроса FastAPI асинхронным — не сочетайте синхронные вызовы Cosmos с асинхронными обработчиками. - Всегда используйте контекстные менеджеры для клиентов и асинхронных учетных данных. Оборачивайте клиент в
async with CosmosClient(...) as client:(или управляйте его жизненным циклом с помощью FastAPI lifespan и явно закрывайте его). Для асинхронныхDefaultAzureCredentialизazure.identity.aioтакже используйтеasync with credential:, чтобы токены и транспортные каналы очищались.
Справочные файлы
| Файл | Когда читать |
|---|---|
| references/client-setup.md | Настройка клиента Cosmos с двойной аутентификацией, конфигурацией SSL и использованием паттерна синглтона |
| references/service-layer.md | Реализация класса полного сервиса с CRUD, преобразованиями и плавным переходом на резервный режим |
| references/testing.md | Написание тестов с помощью pytest, мокация Cosmos, настройка интеграционных тестов |
| references/partitioning.md | Выбор ключей разбиения, межразделовые запросы, операции перемещения |
| references/error-handling.md | Обработка ошибки CosmosResourceNotFoundError, ведение журнала, сопоставление HTTP-ошибок |
Файлы шаблонов
| Файл | Назначение |
|---|---|
| assets/cosmos_client_template.py | Готовый к использованию клиентский модуль |
| assets/service_template.py | Скелет класса службы |
| assets/conftest_template.py | Фикстуры pytest для моделирования Cosmos |
Атрибуты качества (NFR)
Надежность
- Плавная деградация при недоступности Cosmos
- Логика повторных попыток с экспоненциальной задержкой при кратковременных сбоях
- Пулирование соединений с использованием паттерна «синглтон»
Безопасность
- Отсутствие секретных данных в коде (RBAC с использованием DefaultAzureCredential)
- Параметризованные запросы предотвращают инъекции
- Изоляция по ключу раздела обеспечивает соблюдение границ данных
Легкость обслуживания
- Пятиуровневая модель позволяет эволюционировать схему
- Слой сервисов отделяет бизнес-логику от хранилища
- Единые шаблоны во всех сервисах сущностей
Тестируемость
- Инъекция зависимостей посредством
get_container() - Простое моделирование с помощью глобальных переменных на уровне модулей
- Четкое разделение позволяет проводить модульное тестирование без использования Cosmos
Производительность
- Запросы по ключу раздела позволяют избежать сканирования всех разделов
- Асинхронная обертка предотвращает блокировку цикла событий FastAPI
- Минимальные накладные расходы на преобразование документов
---
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
Все файлы
0 файловУстановить azure-cosmos-db-py
Скачайте файлы навыков и распакуйте их в каталог .claude/skills/.
Скачать ZIPКлонируйте репозиторий и скопируйте файлы навыка в свой проект.
git clone https://github.com/microsoft/skills/tree/main/.github/plugins/azure-sdk-python/skills/azure-cosmos-db-py # Copy SKILL.md to your .claude/skills/ directory
Копировать





Дом
