Django使用redis配置緩存的方法

對于非經(jīng)常更新的服務(wù)器數(shù)據(jù)，若每次都從硬盤讀取一次，會浪費(fèi)服務(wù)器資源、拖慢響應(yīng)速度，而且數(shù)據(jù)更新頻率較高，服務(wù)器負(fù)擔(dān)比較大。若保存到數(shù)據(jù)庫，還需要額外建立一張對應(yīng)的表存儲數(shù)據(jù)。一個(gè)更好的方法是在Django中使用Redis進(jìn)行緩存，下面通過本文給大家介紹Django使用redis配置緩存的方法。

前言

  動態(tài)網(wǎng)站的基本權(quán)衡是，它們是動態(tài)的。每次用戶請求頁面時(shí)，Web服務(wù)器都會進(jìn)行各種計(jì)算 - 從數(shù)據(jù)庫查詢到模板呈現(xiàn)再到業(yè)務(wù)邏輯 - 以創(chuàng)建站點(diǎn)訪問者看到的頁面。從處理開銷的角度來看，這比標(biāo)準(zhǔn)的文件讀取文件系統(tǒng)服務(wù)器要耗時(shí)多了。對于大多數(shù)Web應(yīng)用程序來說，這種開銷并不是什么大問題。因?yàn)榇蠖鄶?shù)Web應(yīng)用程序只是中小型網(wǎng)站，沒有擁有一流的流量。但對于中到高流量的站點(diǎn)，盡可能減少開銷是至關(guān)重要的，這就是緩存的用武之地。緩存某些內(nèi)容是為了保存昂貴計(jì)算的結(jié)果，這樣就不必在下次執(zhí)行計(jì)算。
  Django框架帶有一個(gè)強(qiáng)大的緩存系統(tǒng)，可以保存動態(tài)頁面，因此不必為每個(gè)請求計(jì)算它們。Django提供不同級別的緩存粒度：可以緩存特定視圖的輸出，也可以只緩存頁面中難以生成的部分或者可以緩存整個(gè)站點(diǎn)。
  Redis是一個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫（現(xiàn)在已經(jīng)支持內(nèi)存數(shù)據(jù)持久化到硬盤當(dāng)中，重新啟動時(shí)，會自動從硬盤進(jìn)行加載），由于其性能極高，因此經(jīng)常作為中間件、緩存使用。

django應(yīng)用redis緩存

django中安裝第三方庫，使用如下命令

pip3 install django-redis

1.settings配置

首先，我們在settings.py中配置如下代碼

CACHES = {
    # default 是緩存名，可以配置多個(gè)緩存
    "default": {
        # 應(yīng)用 django-redis 庫的 RedisCache 緩存類
        "BACKEND": "django_redis.cache.RedisCache",
        # 配置正確的 ip和port
        "LOCATION": "redis://127.0.0.1:6379",
        "OPTIONS": {
            # redis客戶端類
            "CLIENT_CLASS": "django_redis.client.DefaultClient",
            # redis連接池的關(guān)鍵字參數(shù)
            "CONNECTION_POOL_KWARGS": {
                "max_connections": 100
            }
            # 如果 redis 設(shè)置了密碼，那么這里需要設(shè)置對應(yīng)的密碼，如果redis沒有設(shè)置密碼，那么這里也不設(shè)置
            # "PASSWORD": "123456",
        }
    }
}

2.全站緩存

2.1 全站緩存的2個(gè)中間件

• FetchFromCacheMiddleware ：從緩存中讀取數(shù)據(jù)

緩存狀態(tài)為200的GET和HEAD請求的響應(yīng)（除非響應(yīng)頭中設(shè)置不進(jìn)行緩存）

對具有不同查詢參數(shù)的相同URL的請求的響應(yīng)被認(rèn)為是各自不同的頁面，并且被分別單獨(dú)緩存。

該中間件會使用與對應(yīng)的GET請求相同的響應(yīng)頭來回答HEAD請求，即可以為HEAD請求返回緩存的GET響應(yīng)。

• UpdateCacheMiddleware ：將數(shù)據(jù)更新到緩存中

該中間件會自動在每個(gè)響應(yīng)中設(shè)置幾個(gè)headers：

設(shè)置Expires為當(dāng)前日期/時(shí)間 加上 定義的CACHE_MIDDLEWARE_SECONDS值，GMT時(shí)間

設(shè)置響應(yīng)的Cache-Control的max-age，值是定義的CACHE_MIDDLEWARE_SECONDS值。

• 如果視圖設(shè)置了自己的緩存時(shí)間（即設(shè)置了Cache-Control 的max age），那么頁面將被緩存直到到期時(shí)間，而不是CACHE_MIDDLEWARE_SECONDS。
• 如果USE_I18N設(shè)置為True，則生成的緩存key將包含當(dāng)前語言的名稱，這樣可以輕松緩存多語言網(wǎng)站，而無需自己創(chuàng)建緩存密鑰。
• 如果 USE_L10N設(shè)置為True 并且 USE_TZ被設(shè)置為True，緩存key也會包括當(dāng)前語言

在settings的中間件中設(shè)置：

MIDDLEWARE = [
    'django.middleware.cache.UpdateCacheMiddleware',
    # 其他中間件...
    'django.middleware.cache.FetchFromCacheMiddleware',
]

注意：UpdateCacheMiddleware必須是第一個(gè)中間件，FetchFromCacheMiddleware必須是最后一個(gè)中間件

2.2 全站緩存的必填設(shè)置

將以下必須設(shè)置添加到Django的settings文件中

CACHE_MIDDLEWARE_ALIAS = 'default'
CACHE_MIDDLEWARE_SECONDS = 60*60
CACHE_MIDDLEWARE_KEY_PREFIX = "cache_redis_demo_first"

配置解釋如下：

• CACHE_MIDDLEWARE_ALIAS：用于存儲的緩存別名
• CACHE_MIDDLEWARE_SECONDS：每個(gè)頁面應(yīng)緩存的秒數(shù)
• CACHE_MIDDLEWARE_KEY_PREFIX：用于生成緩存key的前綴，如果使用相同的Django安裝在多個(gè)站點(diǎn)之間共享緩存，請將其設(shè)置為站點(diǎn)名稱或此Django實(shí)例特有的其他字符串，以防止發(fā)生密鑰沖突。如果你不在乎，請使用空字符串。
  

2.3 全站緩存示例

接著我們在視圖中寫入如下函數(shù)：

def index(request):
    # 通過設(shè)置時(shí)間戳，進(jìn)行多次訪問，可以看到時(shí)間戳的變化，就可以得知是否是緩存頁面了
    return HttpResponse('當(dāng)前時(shí)間戳：' + str(time.time()))

我們打開瀏覽器訪問127.0.0.1/redis/，多次訪問該url，發(fā)現(xiàn)時(shí)間戳不會改變，這是因?yàn)槲覀冊谂渲弥性O(shè)置了緩存時(shí)間為1個(gè)小時(shí)。
我們可以打開瀏覽器的網(wǎng)絡(luò)請求中查看response header，查看max_age和Expires，如下圖

我們會發(fā)現(xiàn)響應(yīng)頭中已經(jīng)有了緩存的時(shí)間，說明我們緩存配置成功了

3.視圖函數(shù)緩存

  一般情況下，我們不會使用全局緩存，因?yàn)槿志彺妫灰?wù)器返回狀態(tài)碼是200，他都會將其緩存下來，這樣會影響性能，所以我們一般都會使用視圖緩存，針對某個(gè)視圖，需要進(jìn)行緩存，則使用緩存。

3.1通過裝飾器cache_page

from django.views.decorators.cache import never_cache, cache_page
@cache_page(20)
def view_cache(request, num):
    return HttpResponse(f"num：{num},時(shí)間戳：{time.time()}")

cache_page除了默認(rèn)的timeout參數(shù)外，還有兩個(gè)可選的關(guān)鍵字參數(shù)

cache，示例代碼：@cache_page(60 * 15, cache="special_cache")， 該cache指向settings中配置的緩存的名稱，默認(rèn)是"default"

key_prefix：緩存key的前綴，與CACHE_MIDDLEWARE_KEY_PREFIX功能相同

如果多個(gè)url指向同一個(gè)視圖函數(shù)，會為每個(gè)url建立一個(gè)單獨(dú)的緩存，例如：

urlpatterns = [
    path('view_cache/int:num>/', views.view_cache, name="view_cache")
]

/view_cache/1/和/view_cache/2/請求會分別進(jìn)行緩存

3.2通過urls中配置cache_page

在URLconf中指定視圖緩存，而不是在視圖函數(shù)上硬編碼裝飾器，可以進(jìn)一步解耦緩存和視圖函數(shù)之間的關(guān)系，使用起來更靈活

from django.views.decorators.cache import cache_page
 
urlpatterns = [
    path('view_cache/int:num>/', cache_page(20)(views.view_cache), name="view_cache")
]

以上2種方式作用是一樣的，這里我們更加推薦3.2這種寫法

4.低級緩存

  有時(shí)我們不想緩存整個(gè)頁面數(shù)據(jù)，而只是想緩存某些費(fèi)時(shí)查詢并且基本不會改變的數(shù)據(jù)，可以通過一個(gè)簡單的低級緩存API實(shí)現(xiàn)，該API可以緩存任何可以安全pickle的Python對象：字符串，字典，模型對象列表等

django.core.cache.caches

from django.core.cache import caches
cache1 = caches['myalias']
cache2 = caches['myalias']
# 判斷為True
if cache1 is cache2: 
    ...

說明：

• 可以通過CACHES類似字典一樣的方式訪問settings中配置的緩存，在同一個(gè)線程中重復(fù)請求相同的別名將返回相同的對象
• 如果指定的myalias不存在，將引發(fā) InvalidCacheBackendError
• 為了線程安全性，為會每個(gè)線程返回緩存的不同實(shí)例
• 作為快捷方式， 默認(rèn)緩存(default)可以使用 django.core.cache.cache ：

# 使用 default 緩存
from django.core.cache import cache

# 上面的cache等同于下面的寫法
from django.core.cache import caches
cache = caches['default']

django.core.cache.cache

from django.core.cache import cache

# 使用 redis 的一般用法
cache.set('manul_set', 'ok')
manul_set = cache.get('manul_set')

# 可以手動設(shè)置 timeout，如果不指定timeout，默認(rèn)是 300秒，如果指定為None，則代表沒有過期時(shí)間
cache.set("key", "value", timeout=None)

# 可以獲取key的超時(shí)設(shè)置（ttl：time to live）
# 返回值的3種情況：
# 0： key 不存在 (或已過期)
# None： key 存在但沒有設(shè)置過期
# ttl： 任何有超時(shí)設(shè)置的 key 的超時(shí)值
cache.set("foo", "value", timeout=25)
cache.ttl("foo") # 得到 25 
cache.ttl("not-existent") # 得到 0

# 讓一個(gè)值永久存在
cache.persist("foo")
cache.ttl("foo") # 得到 None

# 指定一個(gè)新的過期時(shí)間
cache.set("foo", "bar", timeout=22)
cache.ttl("foo") # 得到 22
cache.expire("foo", timeout=5)
cache.ttl("foo") # 得到 5

# 支持 redis 分布式鎖， 使用 上下文管理器 分配鎖
with cache.lock("somekey"):
    do_some_thing()
    
# 使用全局通配符的方式來檢索或者刪除鍵
cache.keys("foo_*")  # 返回所有匹配的值, 如 ["foo_1", "foo_2"]


# 刪除 鍵
cache.delete_pattern("foo_*")  # 支持通配符

實(shí)戰(zhàn)案例

首先創(chuàng)建個(gè)common文件夾，然后在文件夾下面創(chuàng)建cache_helper.py文件，寫入如下代碼

from django.core.cache import cache


def get_cache_or_exc_func(key, func, *args, **kwargs):
    """
    根據(jù)傳入的key和func，先獲取緩存內(nèi)容，沒有則使用func計(jì)算并保存結(jié)果
    :param key: 緩存的key
    :param func: 計(jì)算函數(shù)
    :param args: 可變參數(shù)
    :param kwargs: 可變字典
    :return: 緩存的n內(nèi)容或func計(jì)算的結(jié)果
    """
    # 加上cache鎖
    with cache.lock(key+'lock'):
        # 獲取緩存中的變量
        result = cache.get(key)
        if result:
            # 存在，則直接返回緩存結(jié)果
            return result
        else:
            # 不存在，則計(jì)算數(shù)據(jù)，得到結(jié)果
            result = func(*args, **kwargs)
            # 將結(jié)果保存到緩存中
            cache.set(key, result)
            # 返回結(jié)果
            return result

然后配置url路徑，如下

urlpatterns = [
    path('lower_level_cache/', views.lower_level_cache, name="lower_level_cache"),
]

最后在視圖中，寫入2個(gè)函數(shù)

def get_result():
    """做一些費(fèi)時(shí)但不經(jīng)常變更的操作，這里模擬等待3秒"""
    time.sleep(3)
    return 'ok'


def lower_level_cache(request):
    result = get_cache_or_exc_func('test_key', get_result)
    return JsonResponse({"result": result})

現(xiàn)在我們打開瀏覽器，訪問127.0.0.1/redis/low_level_cache/，我們會發(fā)現(xiàn)，瀏覽器不會馬上響應(yīng)，而是等待了3秒，因?yàn)槲覀兇a中模擬等待了3秒，而且我們是第一次訪問，沒有緩存，當(dāng)?shù)诙卧L問時(shí)，就立馬響應(yīng)了，原因是此時(shí)已經(jīng)有了緩存

5.session緩存

在settings.py文件中，配置如下代碼即可

# 配置session的引擎為cache
SESSION_ENGINE = 'django.contrib.sessions.backends.cache'
# 此處別名依賴緩存的設(shè)置
SESSION_CACHE_ALIAS = 'default'

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