每天40分玩转Django：Django缓存

一、Django缓存概述

在高并发的Web应用中,缓存是提高性能的重要手段。通过缓存频繁访问的数据,可以显著减少数据库查询和渲染模板的时间,从而加快响应速度,提升用户体验。Django提供了多层级的缓存方案,可以灵活地满足不同场景下的缓存需求。

Django支持的缓存方式包括:

视图缓存(Per-view cache):对视图函数的结果进行缓存
模板片段缓存(Template fragment cache):对模板中的一部分进行缓存
底层缓存API(Low-level cache API):提供了较低层级的缓存接口
基于会话的缓存(Session-based cache):利用会话机制实现的缓存

下图展示了Django多层级缓存结构:

二、视图缓存

视图缓存是最常用的缓存方式,通过缓存视图函数的返回结果,可以避免重复执行耗时的逻辑和数据库查询。Django提供了方便的装饰器@cache_page来实现视图缓存。

使用@cache_page装饰器
@cache_page装饰器接受一个参数timeout,表示缓存过期时间,单位为秒。例如:

from django.views.decorators.cache import cache_page

@cache_page(60 * 15)  # 缓存15分钟
def my_view(request):
    # 视图逻辑
    return render(request, 'my_template.html', {'data': data})

上述代码对my_view视图函数的结果进行缓存,缓存时间为15分钟。在缓存有效期内,重复请求将直接返回缓存的结果,而不会执行视图函数。

缓存键的生成
Django会根据请求的URL、请求方法、GET参数等信息自动生成缓存键。默认情况下,不同的请求参数会生成不同的缓存键。例如:

/foo/
/foo/?page=1
/foo/?page=2

这三个URL会生成不同的缓存结果。如果希望忽略GET参数,可以设置cache_page的key_prefix参数:

@cache_page(60 * 15, key_prefix='foo')
def my_view(request):
    pass

这样,不同的GET参数将使用相同的缓存键。

缓存储备
视图缓存的结果默认存储在默认的缓存后端中。可以在settings.py中配置缓存后端:

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

上述配置使用Memcached作为缓存后端。Django支持多种缓存后端,如Redis、文件系统、数据库等。

示例代码
下面是一个使用视图缓存的完整示例:

# views.py
from django.shortcuts import render
from django.views.decorators.cache import cache_page
from .models import Article

@cache_page(60 * 15)
def article_list(request):
    articles = Article.objects.all()
    return render(request, 'article_list.html', {'articles': articles})

<!-- article_list.html -->
{% for article in articles %}
    <h2>{{ article.title }}</h2>
    <p>{{ article.content }}</p>
{% endfor %}

访问article_list视图时,将从数据库查询文章列表,并渲染模板。视图结果会被缓存15分钟,在此期间的重复请求将直接返回缓存内容。

下图展示了视图缓存的工作流程:

sequenceDiagram
Client->>+Django: GET /article/list/
Django->>+Cache: 检查缓存
alt 缓存未命中
  Cache-->>-Django: 无缓存
  Django->>+Database: 查询数据
  Database-->>-Django: 返回数据
  Django->>Django: 渲染模板
  Django->>Cache: 写入缓存
else 缓存命中
  Cache-->>-Django: 返回缓存
end
Django-->>-Client: 响应结果

三、基于会话的缓存

基于会话的缓存利用Django的会话(Session)机制实现缓存。它将缓存数据存储在会话中,每个用户都有独立的缓存空间。相比视图缓存,会话缓存更适合存储与用户相关的数据,如用户偏好设置、购物车等。

启用会话中间件
要使用基于会话的缓存,需要确保启用了会话中间件。在settings.py中添加以下配置:

MIDDLEWARE = [
    # 其他中间件
    'django.contrib.sessions.middleware.SessionMiddleware',
    # 其他中间件
]

使用会话缓存
在视图函数中,可以通过request.session字典来读写会话数据。例如:

def my_view(request):
    # 读取会话缓存
    value = request.session.get('my_key', 'default_value')
    
    # 写入会话缓存
    request.session['my_key'] = 'new_value'
    
    return HttpResponse(value)

上述代码从会话中读取键为’my_key’的值,如果不存在则使用默认值’default_value’。然后将’my_key’的值更新为’new_value’。

会话过期时间
默认情况下,Django的会话过期时间为两周。可以通过SESSION_COOKIE_AGE设置来修改过期时间,单位为秒:

SESSION_COOKIE_AGE = 60 * 60 * 24  # 会话有效期为1天

示例代码
下面是一个使用基于会话的缓存的示例:

# views.py
from django.shortcuts import render

def set_language(request):
    lang = request.GET.get('lang', 'en')
    request.session['language'] = lang
    return HttpResponse('Language set to ' + lang)

def index(request):
    lang = request.session.get('language', 'en')
    return render(request, 'index.html', {'language': lang})

<!-- index.html -->
<p>Current language: {{ language }}</p>
<ul>
    <li><a href="{% url 'set_language' %}?lang=en">English</a></li>
    <li><a href="{% url 'set_language' %}?lang=zh">中文</a></li>
</ul>