Django（39）使用redis配置缓存

前言

  动态网站的基本权衡是，它们是动态的。每次用户请求页面时，Web服务器都会进行各种计算 - 从数据库查询到模板呈现再到业务逻辑 - 以创建站点访问者看到的页面。从处理开销的角度来看，这比标准的文件读取文件系统服务器要耗时多了。对于大多数Web应用程序来说，这种开销并不是什么大问题。因为大多数Web应用程序只是中小型网站，没有拥有一流的流量。但对于中到高流量的站点，尽可能减少开销是至关重要的，这就是缓存的用武之地。缓存某些内容是为了保存昂贵计算的结果，这样就不必在下次执行计算。

  Django框架带有一个强大的缓存系统，可以保存动态页面，因此不必为每个请求计算它们。Django提供不同级别的缓存粒度：可以缓存特定视图的输出，也可以只缓存页面中难以生成的部分或者可以缓存整个站点。

  Redis是一个内存数据库（现在已经支持内存数据持久化到硬盘当中，重新启动时，会自动从硬盘进行加载），由于其性能极高，因此经常作为中间件、缓存使用。

django应用redis缓存

django中安装第三方库，使用如下命令

pip3 install django-redis

1.settings配置

首先，我们在settings.py中配置如下代码

CACHES = {
    # default 是缓存名，可以配置多个缓存
    "default": {
        # 应用 django-redis 库的 RedisCache 缓存类
        "BACKEND": "django_redis.cache.RedisCache",
        # 配置正确的 ip和port
        "LOCATION": "redis://127.0.0.1:6379",
        "OPTIONS": {
            # redis客户端类
            "CLIENT_CLASS": "django_redis.client.DefaultClient",
            # redis连接池的关键字参数
            "CONNECTION_POOL_KWARGS": {
                "max_connections": 100
            }
            # 如果 redis 设置了密码，那么这里需要设置对应的密码，如果redis没有设置密码，那么这里也不设置
            # "PASSWORD": "123456",
        }
    }
}

2.全站缓存

2.1 全站缓存的2个中间件

• FetchFromCacheMiddleware ：从缓存中读取数据
  • 缓存状态为200的GET和HEAD请求的响应（除非响应头中设置不进行缓存）
  • 对具有不同查询参数的相同URL的请求的响应被认为是各自不同的页面，并且被分别单独缓存。
  • 该中间件会使用与对应的GET请求相同的响应头来回答HEAD请求，即可以为HEAD请求返回缓存的GET响应。
• UpdateCacheMiddleware ：将数据更新到缓存中
  • 该中间件会自动在每个响应中设置几个headers：
    • 设置Expires为当前日期/时间 加上 定义的CACHE_MIDDLEWARE_SECONDS值，GMT时间
    • 设置响应的Cache-Control的max-age，值是定义的CACHE_MIDDLEWARE_SECONDS值。
  • 如果视图设置了自己的缓存时间（即设置了Cache-Control 的max age），那么页面将被缓存直到到期时间，而不是CACHE_MIDDLEWARE_SECONDS。
  • 如果USE_I18N设置为True，则生成的缓存key将包含当前语言的名称，这样可以轻松缓存多语言网站，而无需自己创建缓存密钥。
  • 如果 USE_L10N设置为True 并且 USE_TZ被设置为True，缓存key也会包括当前语言

在settings的中间件中设置：

MIDDLEWARE = [
    'django.middleware.cache.UpdateCacheMiddleware',
    # 其他中间件...
    'django.middleware.cache.FetchFromCacheMiddleware',
]

注意：UpdateCacheMiddleware必须是第一个中间件，FetchFromCacheMiddleware必须是最后一个中间件

2.2 全站缓存的必填设置

将以下必须设置添加到Django的settings文件中

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

配置解释如下：

• CACHE_MIDDLEWARE_ALIAS：用于存储的缓存别名
• CACHE_MIDDLEWARE_SECONDS：每个页面应缓存的秒数
• CACHE_MIDDLEWARE_KEY_PREFIX：用于生成缓存key的前缀，如果使用相同的Django安装在多个站点之间共享缓存，请将其设置为站点名称或此Django实例特有的其他字符串，以防止发生密钥冲突。如果你不在乎，请使用空字符串。

2.3 全站缓存示例

接着我们在视图中写入如下函数：

def index(request):
    # 通过设置时间戳，进行多次访问，可以看到时间戳的变化，就可以得知是否是缓存页面了
    return HttpResponse('当前时间戳：' + str(time.time()))

我们打开浏览器访问127.0.0.1/redis/，多次访问该url，发现时间戳不会改变，这是因为我们在配置中设置了缓存时间为1个小时。

我们可以打开浏览器的网络请求中查看response header，查看max_age和Expires，如下图



我们会发现响应头中已经有了缓存的时间，说明我们缓存配置成功了

3.视图函数缓存

  一般情况下，我们不会使用全局缓存，因为全局缓存，只要服务器返回状态码是200，他都会将其缓存下来，这样会影响性能，所以我们一般都会使用视图缓存，针对某个视图，需要进行缓存，则使用缓存。

3.1通过装饰器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},时间戳：{time.time()}")

• cache_page除了默认的timeout参数外，还有两个可选的关键字参数
  • cache，示例代码：@cache_page(60 * 15, cache="special_cache")， 该cache指向settings中配置的缓存的名称，默认是"default"
  • key_prefix：缓存key的前缀，与CACHE_MIDDLEWARE_KEY_PREFIX功能相同
• 如果多个url指向同一个视图函数，会为每个url建立一个单独的缓存，例如：

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

/view_cache/1/和/view_cache/2/请求会分别进行缓存

3.2通过urls中配置cache_page

在URLconf中指定视图缓存，而不是在视图函数上硬编码装饰器，可以进一步解耦缓存和视图函数之间的关系，使用起来更灵活

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种方式作用是一样的，这里我们更加推荐3.2这种写法

4.低级缓存

  有时我们不想缓存整个页面数据，而只是想缓存某些费时查询并且基本不会改变的数据，可以通过一个简单的低级缓存API实现，该API可以缓存任何可以安全pickle的Python对象：字符串，字典，模型对象列表等

django.core.cache.caches

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

说明：

• 可以通过CACHES类似字典一样的方式访问settings中配置的缓存，在同一个线程中重复请求相同的别名将返回相同的对象
• 如果指定的myalias不存在，将引发 InvalidCacheBackendError
• 为了线程安全性，为会每个线程返回缓存的不同实例
• 作为快捷方式， 默认缓存(default)可以使用 django.core.cache.cache ：

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

# 上面的cache等同于下面的写法
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')

# 可以手动设置 timeout，如果不指定timeout，默认是 300秒，如果指定为None，则代表没有过期时间
cache.set("key", "value", timeout=None)

# 可以获取key的超时设置（ttl：time to live）
# 返回值的3种情况：
# 0： key 不存在 (或已过期)
# None： key 存在但没有设置过期
# ttl： 任何有超时设置的 key 的超时值
cache.set("foo", "value", timeout=25)
cache.ttl("foo") # 得到 25
cache.ttl("not-existent") # 得到 0

# 让一个值永久存在
cache.persist("foo")
cache.ttl("foo") # 得到 None

# 指定一个新的过期时间
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 分布式锁， 使用 上下文管理器 分配锁
with cache.lock("somekey"):
    do_some_thing()

# 使用全局通配符的方式来检索或者删除键
cache.keys("foo_*")  # 返回所有匹配的值, 如 ["foo_1", "foo_2"]

# 删除 键
cache.delete_pattern("foo_*")  # 支持通配符

实战案例

首先创建个common文件夹，然后在文件夹下面创建cache_helper.py文件，写入如下代码

from django.core.cache import cache

def get_cache_or_exc_func(key, func, *args, **kwargs):
    """
    根据传入的key和func，先获取缓存内容，没有则使用func计算并保存结果
    :param key: 缓存的key
    :param func: 计算函数
    :param args: 可变参数
    :param kwargs: 可变字典
    :return: 缓存的n内容或func计算的结果
    """
    # 加上cache锁
    with cache.lock(key+'lock'):
        # 获取缓存中的变量
        result = cache.get(key)
        if result:
            # 存在，则直接返回缓存结果
            return result
        else:
            # 不存在，则计算数据，得到结果
            result = func(*args, **kwargs)
            # 将结果保存到缓存中
            cache.set(key, result)
            # 返回结果
            return result

然后配置url路径，如下

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

最后在视图中，写入2个函数

def get_result():
    """做一些费时但不经常变更的操作，这里模拟等待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})

现在我们打开浏览器，访问127.0.0.1/redis/low_level_cache/，我们会发现，浏览器不会马上响应，而是等待了3秒，因为我们代码中模拟等待了3秒，而且我们是第一次访问，没有缓存，当第二次访问时，就立马响应了，原因是此时已经有了缓存

5.session缓存

在settings.py文件中，配置如下代码即可

# 配置session的引擎为cache
SESSION_ENGINE = 'django.contrib.sessions.backends.cache'
# 此处别名依赖缓存的设置
SESSION_CACHE_ALIAS = 'default'