1. 什么是内容缓存
在Web开发中，因为大部分时间我们的数据是存储在数据库中的，每次请求数据都要从数据库中取出数据，在数据量较大或请求量较高的情况下会导致数据库的访问频率很高，这对于数据库本身是一种比较大的压力。因此我们可以选择将数据缓存到内存中，在多次请求的情况下可以直接从内存中取出数据，减轻了数据库的压力以及提高了响应速度。这就是内容缓存。
可以看出，内容缓存的主要目的就是为了优化网站的访问速度，降低服务器负载。
2. 缓存实现方式
我们可以将数据缓存到内存中，这种方式常用的有以下两种：
2.1. 本地内存缓存
本地内存缓存是指将数据缓存在应用程序中的内存里。当我们需要使用缓存数据时，直接从内存里面读取，可以极大地加快响应速度。但是本地缓存有缺点，因为存储在内存中，所以当应用程序重启时，内存中的数据将会丢失，需要重新缓存。
2.2. 分布式缓存
分布式缓存是指将数据缓存在多个节点的内存中，因此我们可以实现数据缓存的共享。分布式缓存系统具有高可用性和数据一致性等优势。
常见的分布式缓存系统有redis、memcached等，Django中也提供了缓存框架，可以很方便地实现内容缓存。
3. Django缓存框架介绍
Django提供了强大的缓存框架，可以让开发者很方便地实现内容缓存。Django缓存框架支持本地内存缓存、分布式缓存、数据库缓存、文件缓存等多种缓存策略。
3.1. 设置缓存
在Django项目中，我们可以通过以下方式设置缓存：
# 首先需要在settings.py中配置相关缓存参数
CACHES = {
'default': {
'BACKEND': 'django.core.cache.backends.redis.RedisCache',
'LOCATION': 'redis://127.0.0.1:6379/',
'OPTIONS': {
'PASSWORD': '',
},
'TIMEOUT': 60 * 60 * 24, # 默认过期时间为一天
}
}
# 在需要缓存的函数或类方法上加上缓存装饰器
from django.core.cache import cache
@cache_page(60 * 15) # 页面缓存15分钟
def my_view(request):
# ...
首先我们需要在settings.py中配置缓存后端，本文以redis为例，其中BACKEND是缓存后端类型，LOCATION是缓存地址。可以看出，Django缓存框架的使用非常简单，只需要在需要缓存的函数或方法上添加缓存装饰器即可。
3.2. 缓存命名
当我们设置了缓存之后，会存在一个问题：怎么才能快速、准确地获取到缓存数据呢？此时就需要缓存命名的概念了。
缓存命名是缓存系统非常重要的一部分，它指明了我们要缓存的内容以及缓存的时间（过期时间）。在Django中，缓存命名一般都是由两部分组成，缓存键和缓存值。
缓存键可以由多个部分组成，一般是由前缀、表名、主键等组成，以":"分隔。当我们获取缓存时，只需输入缓存键即可返回缓存数据。缓存值指的是要缓存的数据。
4. 缓存实例方法
在Django中，除了为整个视图添加缓存外，我们还可以为单个实例方法添加缓存。缓存实例方法可以大大减少数据库访问量，提高响应速度。Django自带的缓存装饰器就可以实现这一点。
4.1. 为实例方法添加缓存
可以使用缓存装饰器cache_page装饰方法，这样该方法的返回值将被缓存到内存中，直到过期或者手动删除为止。例如下面的示例代码：
from django.core.cache import cache
class MyClass(models.Model):
@cache_page(60 * 15) # 缓存15分钟
def my_method(self):
# ...
# 缓存键为 myclass:1:my_method
obj = MyClass.objects.get(id=1)
obj.my_method()
可以看出，在测试方法中，我们为MyClass类的my_method方法添加了缓存装饰器，缓存时间为15分钟。使用cache_page来装饰方法时，Django会自动将方法名my_method转化为方法名的字符串，使用该字符串作为缓存键名。
4.2. 自定义缓存键
当然，我们也可以使用自定义的缓存键，这可以让我们更加方便地管理缓存。自定义缓存键可以是任意字符串，不限制次数和长度。例如：
def my_method(self):
key = f"myclass:{self.id}:my_method"
result = cache.get(key)
if result is None:
result = self.do_something()
cache.set(key, result, 60 * 15) # 缓存在15分钟
return result
可以看出，在自定义的my_method方法中，我们通过f-string格式化方式生成了自己的缓存键名key，并直接使用cache.set()方法将方法返回值result缓存到内存中。
5. 缓存过期时间
在Django中，默认情况下，缓存过期时间为1天。这意味着，在缓存过期之前，缓存系统不会更新缓存，即使数据已经过期。
我们可以设置缓存的过期时间来控制缓存的更新，否则缓存值将一直保留在内存中，直到我们手动删除缓存或者重启服务。
在Django中，缓存时长可以指定具体时长，也可以指定时间戳的形式。
5.1. 指定具体时长
我们可以为一个键值对设置具体的生存时间（即过期时间），例如10秒，如下：
cache.set('my_key', 'my_value', 10) # 10秒后过期
5.2. 指定时间戳
我们也可以为一个键值对指定时间戳，在指定时刻过期。例如，以下示例中，缓存将在2022年1月1日1:00过期：
import datetime
expire_at = datetime.datetime(2022, 1, 1, 1, 0)
cache.set('my_key', 'my_value', expire_at)
6. 缓存版本控制
当我们的数据结构发生变化时，缓存的数据也会失效。在这种情况下，缓存系统会自动将旧版本的缓存设置为过期。
为了解决这个问题，我们可以利用版本控制，给不同版本的数据设置不同的缓存键。这样，当数据的结构发生变化时，我们只需修改缓存键的版本号，从而使缓存数据立即失效。
在Django中，我们可以使用缓存框架提供的版本控制方法来实现缓存版本控制：
from django.core.cache import cache
from django.utils.cache import cache_key_suffix
def my_method(self):
cache_key = f"myclass:{self.id}:my_method"
version_key = f"myclass:{self.id}:version"
version = cache.get(version_key)
if version is None:
version = 1
cache.set(version_key, version) # 设置缓存版本为1
cache_key = cache_key_suffix(cache_key, version=version) # 生成带版本号的缓存键
result = cache.get(cache_key)
if result is None:
result = self.do_something()
cache.set(cache_key, result, 60 * 15) # 缓存在15分钟
return result
def update_version(instance):
version_key = f"myclass:{instance.id}:version"
version = cache.get(version_key)
if version is not None:
version += 1 # 向上增加版本号
cache.set(version_key, version) # 保存缓存版本
在这个例子中，我们首先缓存数据时不只是指定了缓存键，同时还指定了缓存的版本号。当我们获取缓存数据时，也通过cache_key_suffix方法将版本号添加到缓存键上，以获得特定版本的缓存数据。当数据结构发生变化时，只需调用update_version方法即可修改版本号。
7. 缓存清除
我们可以手动删除某个缓存键的缓存值，或者清空所有缓存。
清除单个缓存：
cache.delete('my_key') # 删除缓存键为'my_key'的缓存数据
清空全部缓存：
cache.clear() # 清空所有缓存
8. 结语
Django缓存框架是优化Web应用的重要手段之一，可以显著地提高网站的访问速度和性能。在实际开发中，我们需要了解常见的缓存策略，掌握相关的缓存技巧和命名规则，才能更好地管理缓存系统。
在使用缓存时，我们需要注意缓存时间、缓存版本等问题，以免出现缓存数据失效、缓存冲突等意外情况。