Django之缓存-猿码集

1. 什么是缓存

缓存指的是将一些计算结果或数据存储在临时的存储区域中，以便稍后将它们快速访问以提高应用程序的性能。缓存通常存在于内存中，因为与磁盘相反，内存速度更快，可以更快地访问数据。缓存通常适用于数据不会频繁更改或需要花费大量时间/资源才能生成的数据，例如数据库查询结果和计算结果等。使用缓存可以大幅优化应用程序的性能，避免重复计算和避免访问慢速存储介质。

2. 缓存的作用

2.1 减轻服务器负载

缓存能够减轻服务器的负载。服务器通常会在处理每个请求时，花费大量时间和计算资源去访问数据库或其他存储介质。缓存可以存储这些数据，以便稍后可以更快地访问数据，从而减轻服务器的负载，降低出现系统崩溃或过载的概率。

2.2 提高性能和响应速度

使用缓存可以显著提高应用程序的性能和响应速度。如果数据已经存储在缓存中，则可以立即从缓存中提取，而不必花费时间和资源执行同样的计算。

3. Django缓存

Django是一个流行的Web框架，支持多种缓存后端，如内存缓存、Redis缓存、Memcached缓存等。Django定义了一个缓存API，使开发人员能够轻松地向应用程序中添加缓存功能。Django缓存不仅支持读取和写入缓存，还可以设置缓存过期、删除缓存和使用缓存键。

3.1 安装缓存

在Django中使用缓存需要先安装一个缓存后端。Django支持多个缓存后端，如memcached、Redis、数据库等。本文使用Redis作为示例后端，因此需要安装redis-py库。

pip install redis

3.2 Django的缓存API

Django的缓存API提供了两个主要的功能，读取和写入缓存。

3.2.1 写入缓存

Django提供了以下API来向缓存中写入数据：

set(key, value, timeout=None): 用给定的值设置缓存项。 key是缓存键，value是要存储的值，timeout是缓存项的过期时间（以秒为单位），默认为None表示永不过期。

add(key, value, timeout=None): 仅在key不存在的情况下设置缓存项。否则什么都不做。timeout是缓存项的过期时间（以秒为单位），默认为None表示永远不过期。

get_or_set(key, default, timeout=None): 返回与键对应的缓存项值，并将默认值用于不存在的缓存项。timeout是缓存项的过期时间（以秒为单位），默认为None表示永不过期。

3.2.2 读取缓存

Django提供了以下API来读取缓存中的数据：

get(key, default=None): 返回与key对应的缓存项值。如果不存在，则返回None或default参数的值。

get_many(keys, default=None): 返回与keys对应的一组缓存项的值。如果某个key不存在，则返回一个由default参数提供的值的字典。

set_many(data, timeout=None): 一次设置多个键值对，data是一个字典，key是缓存键， value是缓存值。timeout是缓存项的过期时间（以秒为单位），默认为None表示永远不过期。

3.2.3 删除缓存

Django提供了以下API来删除缓存项：

delete(key): 删除与key对应的缓存项。

delete_many(keys): 删除与keys对应的一组缓存项。

clear(): 清除所有缓存项。

4. Django中缓存的使用

实际使用Django中的缓存就是用上文提到的缓存API去完成缓存的读写，过期处理等等，其中有些函数需要将cache的具体类型和配置写入settings.py文件中。下面示例将展示如何使用Redis在Django中的缓存API的基本使用。

4.1 CACHE配置

在Django的settings.py文件中，可以配置缓存项：

'BACKEND': 'django_redis.cache.RedisCache', 'LOCATION': 'redis://127.0.0.1:6379/0',

在上面的配置中，“BACKEND”指定了缓存的后端类型，“LOCATION”用于指定缓存服务器的位置。这个例子使用的是Redis作为缓存后端，使用默认的本地主机地址和端口号。如果使用其他的后端存储，可以根据需要更改此设置。

4.2 缓存读取并检查是否过期


from django.core.cache import cache
# 向缓存中写入键值对并设置过期时间为60秒
cache.set('my_key', 'my_value', 60)
 
# 从缓存中读取键值对并检查是否过期
my_value = cache.get('my_key')
if my_value is None:
    print("Cache expired!")

4.3 自定义过期时间


from django.core.cache import cache
from datetime import timedelta
# 向缓存中写入键值对并设置过期时间为2分钟
cache.set('my_key', 'my_value', timedelta(minutes=2))

4.4 删除缓存


from django.core.cache import cache
# 删除指定键对应的缓存项
cache.delete('my_key')

5. 缓存的最佳实践

5.1 只缓存高成本数据

缓存高成本数据，如数据库查询、第三方API响应、大型计算结果等。避免缓存低成本数据，例如简单的函数调用的结果等。缓存低成本数据或者没有必要的缓存会占据重要的缓存空间，并对缓存清除和异步任务产生不必要的负担。

5.2 设置合适的过期时间

设置合适的过期时间，以确保缓存项在应用程序方面的实效性。如果缓存过期时间过短，应用程序将不断地重复计算和读写缓存项，这可能会导致应用程序的性能下降。如果缓存过期时间过长，则可能会返回已经不再有效的数据，这可能会导致错误的结果和意外行为。

5.3 处理缓存未命中

处理缓存未命中是很重要的，因为当缓存未命中时，需要读取数据以进行计算和写入到缓存。如何处理缓存未命中是有技巧的。有时候，我们需要等待缓存从数据库中读取并写入缓存中，这可能是一个耗时的过程。这时不要阻止其它请求，可以使用异步任务来执行缓存未命中的处理。在使用异步任务时，避免阻塞应用程序的主线程，可以使用消息队列或异步呼叫。

5.4 安全地使用缓存

缓存可能包含敏感数据，例如用户口令或有关财务交易的详细信息等。确保在缓存中存储这类数据之前，对其进行加密或使用加密的缓存后端。此外，应该通过启用身份验证，限制对缓存的访问权限，以免敏感数据遭到未授权访问。

6. 总结

缓存在Web应用程序中是一个重要的概念。它可以极大地提高应用程序的性能和响应速度。本文讨论了Django的缓存API，提供了一个方便地将缓存集成到应用程序中的方法。尽管对于高负荷和大规模应用程序来说，缓存细节可能很复杂，但在大多数情况下，缓存是开发人员可以采用的有效性能优化策略之一。

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