Python实现Redis缓存MySQL数据并支持数据同步

简介

本文讲讲如何用Redis做MySQL的读缓存，提升数据库访问性能。

MySQL是一种很常用的关系型数据库，用于持久化数据，并存放在磁盘上。但如果有大数据量的读写，靠MySQL单点就会捉襟见肘，尽管可以在MySQL本身做优化，比如用更好的SQL语句设计、索引等等。也会用主从设计集群设计来优化性能。甚至借助工具做成分布式数据库。不过还有一种简单的方式来提升读性能，就是在MySQL的前面放一个缓存，比如Redis。Redis是一种高性能的内存数据库，用作缓存非常合适。Redis还支持分布式集群，来优化读写性能。Redis也可以持久化数据到磁盘，但Redis的持久化一定程度上会有丢数据的可能，因此数据完整性要求高的场合用MySQL更合适，而Redis用作缓存。

本文的重点是要解决数据的查询和更新过程中数据库的一致性问题。话不多说，开始上菜。

查询一致性

查询数据时：

1. 先从Redis读取，如果存在则直接返回；
2. 如果不存在则向MySQL查询数据；
   1. 把从MySQL读取的数据更新到Redis；
   2. 返回从MySQL读取的数据；

添加过期时间：

1. Redis的记录添加过期时间；
   1. 如果没有记录，创建记录时会添加过期时间；
   2. 如果有记录：
      1. 如果过期时间内没有被查询，自动被Redis删除数据；
      2. 如果过期时间内被查询，重置过期时间，续期；

这样可以定时清除Redis中查询不频繁的数据，增加数据读取速度。

更新一致性

数据更新时：

1. 先查询redis，如果有数据，先删除缓存数据
2. 然后先写入更新数据到redis，并设置过期时间
3. 最后再写入更新数据到mysql：
   1. 如果写入mysql失败，回滚（删除）redis和mysql的数据

MySQL表设计

使用学生表作为例子，存储学生的学号、姓名、生日、电话，主键为学号，建表语句如下：

# 以Linux命令行为例
mysql -uroot -pPASSWORD
CREATE DATABASE testdb;
USE testdb;
CREATE TABLE tb_student(
    stu_id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY NOT NULL,
    stu_name VARCHAR(20) NOT NULL,
    stu_birth DATE,
    stu_phone VARCHAR(100)
);
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插入数据：

# 多插入几条不一样的数据
INSERT INTO tb_student(
    stu_name,
    stu_birth,
    stu_phone
) VALUES (
    'Tom',
    '1900-11-11',
    15000000000
);
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数据如下：

Redis数据设计

使用Redis的hash类型存储MySQL读缓存，因为hash类型一个表可以对应多个键值对：

hmset stu_id:1 stu_name 'Tom' stu_birth '1900-11-11' stu_phone '15000000000'
1

同时设置过期时间10分钟：

expire stu_id:1 600
1

Python代码

完整代码如下：

import pymysql
import redis


class DatabaseCache:
    def __init__(self):
        # 连接MySQL
        self.mysql = pymysql.connect(
            host='192.168.173.140',
            port=3306,
            user='root',
            password='123456',
            database='testdb',
            charset='utf8mb4'
        )

        # 连接Redis
        self.redis = redis.Redis(
            host='192.168.173.140',
            port=6379,
            db=0,
            password='123456',
            decode_responses=True
        )

    def get_data(self, stu_id):
        # 根据学生id查询，name为redis hash表名
        name = f'stu_id:{stu_id}'
        res = self.redis.hgetall(name)

        # 查询到内容res为非空字典，否则为空字典
        if res:
            # 先查询Redis中是否存在数据，存在则直接返回，并且重置过期时间10分钟
            self.redis.expire(name, 600)
            print(f'get_data：redis有数据: {res}')
            return res

        else:
            # 没有查询到数据
            with self.mysql.cursor() as cursor:
                try:
                    # 从mysql查询
                    cursor.execute(
                        f'select stu_name, stu_birth, stu_phone from tb_student where stu_id={stu_id}'
                    )
                    data = cursor.fetchall()
                    print(f'get_data：redis无数据：mysql数据: {data}')

                    # 把查询结果写入Redis中，并设置过期时间10分钟
                    stu_name, stu_birth, stu_phone = data[0]  # 解包
                    cache_data = {
                        'stu_name': stu_name,
                        'stu_birth': str(stu_birth),
                        'stu_phone': stu_phone
                    }
                    self.redis.hset(name, mapping=cache_data)
                    self.redis.expire(name, 600)  # 设置过期时间

                    # 然后返回数据
                    return data

                except Exception as err:
                    print(f'{err=}')

    def put_data(self, data: list):
        stu_id, stu_name, stu_birth, stu_phone = data
        name = f'stu_id:{stu_id}'

        # 先查询redis中是否有数据，如果有先删除
        res = self.redis.hgetall(name)
        if res:
            # 如果只是部分更新，也可以不删除
            keys = self.redis.hkeys(name)
            self.redis.hdel(name, *keys)

        # 然后先写入新数据到redis
        new_data = {
            'stu_name': stu_name,
            'stu_birth': stu_birth,
            'stu_phone': stu_phone
        }
        self.redis.hset(name, mapping=new_data)
        self.redis.expire(name, 600)

        # 更新完redis，再写入mysql
        with self.mysql.cursor() as cursor:
            try:
                # 执行失败会抛异常
                cursor.execute(f'select stu_id from tb_student where stu_id={stu_id}')
                _res = cursor.fetchone()  # 无记录返回None
                if _res:
                    sql = f'update tb_student set stu_name="{stu_name}", stu_birth="{stu_birth}", ' \
                          f'stu_phone="{stu_phone}" where stu_id={stu_id}'
                    cursor.execute(sql)
                else:
                    cursor.execute(
                        f'insert into tb_student values ({stu_id}, "{stu_name}", "{stu_birth}", "{stu_phone}")'
                    )
                self.mysql.commit()
                print('redis有数据：mysql写入数据成功')

            except Exception as err:
                # 如果写入mysql不成功，需要回退redis，即删除redis中刚刚写入的数据
                keys = self.redis.hkeys(name)
                self.redis.hdel(name, *keys)
                self.mysql.rollback()  # mysql也要回退
                print(f'{err=}')

    def close(self):
        self.mysql.close()
        self.redis.close()


if __name__ == '__main__':
    db = DatabaseCache()
    db.get_data(2)
    db.put_data([5, 'Eve', '1995-01-01', '18800003333'])
    db.close()
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完。