【Django实现高并发②】——Django缓存框架之设置缓存:Memcached,Redis

1.前言

上一篇文章我们已经了解了什么是高并发，django解决高并发的方法和什么是django的缓存框架，今天我们将结合django官方文档学习dajngo缓存框架中的第一部分——设置缓存。

需要查看上一篇博客的小伙伴从这里进入：【Django实现高并发①】——什么是高并发，解决高并发的基本方法，django缓存框架

2.设置缓存

缓存系统需要少量的设置。也就是说，你必须告诉它你的缓存数据应该放在哪里 —— 是在数据库中，还是在文件系统上，或者直接放在内存中。这是一个重要的决定，会影响缓存的性能。缓存设置项位于配置文件的缓存配置中。

总的来说，使用缓存的时候我们需要告诉程序缓存数据在哪里，这样他才能找到，那么我们怎么样告诉程序缓存数据在哪里呢？留个疑问，我们往下看。

老规矩，把设置缓存部分的目录给大家放出来，接下来我们一起学习究竟如何设置缓存：

1.Memcached

Memcached 是一个完全基于内存的缓存服务器，最初是开发的 在 LiveJournal.com 处理高负载，它被 Facebook 和 Wikipedia 等网站用于 减少数据库访问并显著提高站点性能。

Memcached 以一个守护进程的形式运行，并且被分配了指定数量的 RAM。它所做的就是提供一个快速接口用于在缓存中添加，检索和删除数据。所有数据都直接存储在内存中，因此不会产生数据库或文件系统使用的开销。

安装 Memcached 本身后，需要安装 Memcached 捆绑。有几种可用的 Python Memcached 绑定， Django 支持的绑定是 pylibmc 和 pymemcache。

简单来说，Memcached是一个缓存服务器，可以处理高负载，这就能够实现高并发了，而我们django可以使用Memcached 作为缓存后端，这样来弥补django自身在高并发方面的不足。当我们安装Memcached后，有两种方式来使用他。

1. 方式一：连接到一个通过 Unix 域套接字 (/tmp/memcached.sock) 提供服务的 Memcached 实例

CACHES = {
    "default": {
        "BACKEND": "django.core.cache.backends.memcached.PyMemcacheCache",
        "LOCATION": "unix:/tmp/memcached.sock",
    }
}

2. 方式二：连接到在本地主机上运行的 Memcached 实例，该实例监听在默认的地址和端口（127.0.0.1:11211）上。

CACHES = {
    "default": {
        "BACKEND": "django.core.cache.backends.memcached.PyMemcacheCache",
        "LOCATION": "127.0.0.1:11211",
    }
}

看到这里，相信聪明的小伙伴关于上文中的疑问有了答案，没错，这些配置都是放在settings.py文件中的。

总结一下，使用Memcached 作为django缓存后端的第一步是安装Memcached ，第二步是在settings.py文件中添加上面的配置。
注意：安装Memcached的时候需要现在服务器上安装Memcached，然后再在Django 项目的虚拟环境中安装 Python 的 Memcached 库。这样，Django 才能使用该库与 Memcached 实例进行通信。

2.Redis

Django 的缓存框架还支持使用 Redis 作为缓存后端。使用 Redis 作为缓存后端可以提供更高的性能和灵活性。

老规矩，先来了解一下什么是redis：

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的内存中的数据存储和缓存系统，它也可以用作消息队列和发布/订阅系统。它被设计为高性能、可扩展和灵活的数据库解决方案。
Redis 是一个键值对存储系统，其中每个键都与一个值相关联。这些键值对可以被存储在内存中，也可以通过持久化机制保存到磁盘上。Redis 支持各种类型的值，包括字符串、哈希表、列表、集合和有序集合等。这使得 Redis 在不同场景下可以应对各种数据存储和计算需求。
Redis 具有以下特点：

1. 高性能：Redis 将数据存储在内存中，因此可以实现非常快速的读写操作。它使用高效的数据结构和算法，以及异步的 I/O 操作，实现了很高的吞吐量和低延迟。
2. 数据持久化：Redis 提供了两种持久化的方法，将数据保存到磁盘上以便在重启后恢复数据。一种是快照（snapshotting），它可以将内存中的数据以二进制格式保存到磁盘上；另一种是日志（append-only
   file），它可以将所有写操作追加到一个日志文件中，从而保证数据的持久性。
3. 多种数据结构支持：Redis 不仅仅是一个简单的键值存储系统，还支持多种复杂的数据结构。例如，它可以存储和操作字符串、哈希表、列表、集合和有序集合等数据类型，提供了丰富的数据操作命令。
4. 分布式支持：Redis 提供了一些分布式特性，例如主从复制（master-slave replication）、分片（sharding）和哨兵（sentinel）。这些特性使得 Redis
   可以横向扩展以应对大规模的数据和高并发访问的需求。
5. 内置的高级功能：Redis 提供了许多高级功能，例如事务（transaction）、发布/订阅（publish/subscribe）和 Lua 脚本执行。这些功能使得开发者可以利用 Redis 来构建复杂的应用程序和解决方案。 由于其高性能、灵活性和丰富的功能，Redis在许多场景下被广泛应用，例如缓存、会话存储、实时分析、排行榜和消息队列等。

了解了什么是redis，我们来学习如何在django中使用redis。

要在 Django 中配置 Redis 缓存后端，需要进行以下步骤：

1. 安装 Redis：首先，在服务器上安装 Redis 数据库。

2. 安装 Python 的 Redis 库：然后，在 Django 项目所在的虚拟环境中安装 Python 的 Redis 库，可以使用以下命令：

   pip install redis
   

   这将安装 redis 库，用于在 Django 项目中与 Redis 数据库进行通信。

3. 配置 Django 缓存设置：在 Django 项目的 settings.py 文件中，找到 CACHES 设置，并进行如下修改：

CACHES = {
“default”: {
“BACKEND”: “django.core.cache.backends.redis.RedisCache”,
“LOCATION”: “redis://127.0.0.1:6379”,
}
}

通常，Redis 服务器受到身份验证的保护。为了提供Redis服务器的用户名和密码，我们的配置通常长这样：

```python
CACHES = {
 "default": {
     "BACKEND": "django.core.cache.backends.redis.RedisCache",
     "LOCATION": "redis://username:password@127.0.0.1:6379",
 }
}

如果小伙伴们想要在复制模式下设置多个 Redis 服务器，则可以 将服务器指定为分号或逗号分隔的字符串，或指定为 列表。使用多个服务器时，在第一台服务器上执行写入操作 服务器（领导者）。读取操作在其他服务器（副本）上执行 随机选择，这时候的配置长这样：

CACHES = {
    "default": {
        "BACKEND": "django.core.cache.backends.redis.RedisCache",
        "LOCATION": [
            "redis://127.0.0.1:6379",  # leader
            "redis://127.0.0.1:6378",  # read-replica 1
            "redis://127.0.0.1:6377",  # read-replica 2
        ],
    }
}

当然了，各个redis的密码和用户名大家自行仿照上面的格式添加。
这将告诉 Django 使用 RedisCache 作为默认的缓存后端，并将 Redis 实例的连接地址和端口设置为 localhost:6379，使用数据库索引为 0。小伙伴们可以根据实际配置修改这些值。

4. 启用缓存中间件：为了使用缓存，你需要在 Django 项目的 MIDDLEWARE 设置中启用缓存中间件。找到 MIDDLEWARE 设置，并确保以下中间件类位于中间件列表的适当位置（MIDDLEWARE也在settings.py文件中）：

   MIDDLEWARE = [
       # ...
       'django.middleware.cache.UpdateCacheMiddleware',
       'django.middleware.common.CommonMiddleware',
       'django.middleware.cache.FetchFromCacheMiddleware',
       # ...
   ]
   

   这些中间件将负责在视图执行前后进行缓存的更新和提取操作。

完成上述步骤后，小伙伴们就可以在 Django 中使用 Redis 作为缓存后端了。可以在视图或函数中使用 cache.get() 和 cache.set() 等方法来操作 Redis 缓存。例如：

from django.core.cache import cache

def my_view(request):
    cached_result = cache.get('my_cache_key')
    if cached_result is None:
        # 如果缓存中没有结果，则执行一些计算或数据库查询等耗时操作
        result = ...
        cache.set('my_cache_key', result, 60)  # 将结果保存到缓存中，有效期为 60 秒
    else:
        result = cached_result
    # 返回结果

好了，我们已经了解了如何利用Memcached或者Redis作为django的缓存后端了，小伙伴们可以动手尝试一下，剩下的我们接着明天学。
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