Django 中Queryset 以及的 QuerySet 缓存机制

Django中的QuerySet缓存机制是一种优化数据库查询性能的重要特性。它允许Django在执行相同的查询时,避免重复访问数据库,而是从缓存中直接获取结果。以下是对Django QuerySet缓存机制的详细解释,包括QuerySet的生命周期和缓存行为:

QuerySet的生命周期

  1. 创建QuerySet
    • 当调用如Book.objects.all()Book.objects.filter(title='Django')等查询方法时,Django会返回一个QuerySet对象。这个对象是一个特殊的Python对象,它表示一个从数据库中获取的对象集合。
    • 初始创建的QuerySet并不会立即执行数据库查询,而是等待进一步的操作。
  2. 执行查询
    • 当对QuerySet进行迭代、切片、求长度、布尔值判断、序列化、repr()调用或将其转换为列表等操作时,Django会执行数据库查询来获取数据。
    • 首次执行查询时,Django会访问数据库,并将查询结果缓存到QuerySet的_result_cache属性中。
  3. 缓存结果
    • 一旦QuerySet的结果被缓存,后续的相同查询操作将直接从缓存中获取数据,而不是再次访问数据库。
    • 需要注意的是,只有对同一个QuerySet对象进行相同的查询操作才会利用缓存。如果创建了两个不同的QuerySet对象,即使它们执行相同的查询,也不会共享缓存。
  4. QuerySet的不可变性
    • QuerySet对象是不可变的。每次对QuerySet进行过滤、排序等操作时,都会返回一个新的QuerySet对象。
    • 因此,对原始QuerySet的修改(如添加过滤器)不会影响已缓存的结果。

QuerySet的缓存行为

  1. 缓存何时被填充
    • 当对QuerySet进行迭代、切片(但需要注意,切片本身不会填充缓存,除非是对整个QuerySet进行迭代)、求长度、布尔值判断、序列化、repr()调用或将其转换为列表等操作时,缓存会被填充。
    • 简单地打印QuerySet对象不会填充缓存。
  2. 缓存的持久性
    • QuerySet的缓存是内存级别的,它只在当前Python进程的生命周期内有效。
    • 一旦进程结束,缓存也会被销毁。因此,QuerySet的缓存不适用于跨进程或跨会话的场景。
  3. 缓存的局限性
    • 使用切片或索引来限制QuerySet时,如果所请求的部分不在缓存中,那么接下来查询返回的记录将不会被缓存。
    • 这意味着,如果多次请求QuerySet中的相同索引或切片范围,并且这些请求之间没有对整个QuerySet进行迭代以填充缓存,那么每次请求都会触发数据库查询。
  4. 优化查询性能
    • 为了充分利用QuerySet的缓存机制,建议对相同的查询结果重用同一个QuerySet对象。
    • 避免在循环或多次调用中重复创建相同的QuerySet对象。
  5. 特殊情况
    • 当使用exists()方法时,Django会执行一个特殊的查询来检查QuerySet中是否有数据,但不会将结果缓存到_result_cache中。
    • 当处理非常大的QuerySet时,可以使用iterator()方法来避免一次性将所有数据加载到内存中。但请注意,使用iterator()方法会禁用QuerySet的缓存机制。

在Django中,QuerySet是Django ORM(对象关系映射)中用于表示数据库查询结果集合的对象。以下是一些会得到QuerySet的操作和不会得到QuerySet的操作:

会得到QuerySet的操作

  1. 基本查询方法
    • all():返回模型的所有对象。
    • filter(**kwargs):返回满足给定条件的对象集合。
    • exclude(**kwargs):返回不满足给定条件的对象集合。
    • order_by(*fields):根据一个或多个字段对查询结果进行排序。
  2. 查询集修改
    • 大多数查询集修改方法(如filterexcludeorder_by等)都会返回一个新的QuerySet,而不是修改原始QuerySet。
  3. 聚合和注解
    • annotate(**kwargs):使用提供的查询表达式对QuerySet中的每个对象进行注解。返回一个新的QuerySet,其中包含注解的结果。
    • aggregate(**kwargs):对QuerySet计算聚合值(如总和、平均值等)。虽然aggregate方法本身不返回QuerySet,但它通常与QuerySet一起使用,并且是在QuerySet的基础上进行的聚合操作。然而,为了回答这个问题,我们可以认为使用aggregate之前的QuerySet操作会得到QuerySet。
  4. 切片
    • 对QuerySet进行切片操作(如queryset[0:10])会返回一个新的QuerySet,包含原始QuerySet中指定范围的元素。
  5. 特殊查询方法
    • values(*fields):返回一个包含指定字段的字典列表。虽然返回的不是标准的QuerySet对象,但返回的结果仍然具有QuerySet的某些特性,如可迭代性。然而,为了简化回答,我们可以认为这种方法得到的是一种特殊的、类似于QuerySet的对象,但在严格意义上它可能不被视为标准的QuerySet。
    • values_list(*fields, flat=False, named=False):返回一个包含指定字段值的元组列表。与values方法类似,返回的结果也具有QuerySet的某些特性。
  6. 其他方法
    • reverse():反转QuerySet中的元素顺序。
    • distinct():返回一个新的QuerySet,消除查询结果中的重复记录。
    • iterator(chunk_size=None):用于迭代查询结果,可以指定每次从数据库中获取的记录数。虽然它返回的是一个迭代器,但该迭代器是基于QuerySet的,并且可以用于遍历QuerySet中的对象。

不会得到QuerySet的操作

  1. 聚合方法
    • 如前所述,aggregate(**kwargs)方法本身不返回QuerySet,而是返回一个包含聚合值的字典。
  2. 获取单个对象的方法
    • get(**kwargs):返回满足条件的单个对象。如果找不到对象或找到多个对象,将抛出异常。由于它返回的是单个Model实例而不是QuerySet,因此不属于得到QuerySet的操作。
    • first():返回QuerySet中的第一个对象(如果存在)。如果没有对象,则返回None。同样,它返回的是单个Model实例。
    • last():返回QuerySet中的最后一个对象(如果存在)。如果没有对象,则返回None。它也是返回单个Model实例的方法。
  3. 执行数据库操作的方法
    • update(**kwargs):直接对QuerySet中的对象执行更新操作。它返回更新的对象数,而不是QuerySet。
    • delete():删除QuerySet中的所有对象。它返回删除的对象数(以及可能删除的关联对象的数量,取决于数据库和Django的版本),而不是QuerySet。
    • count():返回QuerySet中的对象数量。它返回一个整数,而不是QuerySet。
    • exists():如果QuerySet包含任何对象,则返回True;否则返回False。它返回一个布尔值,而不是QuerySet。
  4. 其他非查询方法
    • create(**kwargs):创建一个新的对象并保存到数据库中。它返回新创建的Model实例,而不是QuerySet。
    • bulk_create(objs, batch_size=None):批量创建对象并保存到数据库中。它返回一个包含新创建对象的列表(但不一定是QuerySet)。
    • get_or_create(**kwargs):尝试获取满足条件的对象;如果不存在,则创建一个新对象。它返回一个元组,包含(对象,是否创建)。
    • update_or_create(**kwargs):类似于get_or_create,但用于更新或创建对象。它返回一个元组,包含(对象,是否创建)。

小细节

当你调用get()方法时,Django会执行一个数据库查询来查找满足条件的对象。如果找到了匹配的对象,Django会将这个对象实例化,并将其加载到内存中。然后,这个对象就可以在你的Python代码中被直接使用和操作了。

需要注意的是,虽然get()方法返回的是一个对象实例,而不是一个QuerySet,但这个对象实例仍然是基于数据库中的数据的。如果你对这个对象进行了修改,并且想要将这些修改保存到数据库中,你需要调用对象的save()方法。

此外,如果你只是想要检查是否存在满足条件的对象,而不关心对象的具体内容,你可以使用exists()方法。这个方法会执行一个数据库查询来检查是否存在匹配的对象,但它不会将对象加载到内存中。相反,它只会返回一个布尔值来指示是否存在这样的对象。

总的来说,当你使用Django ORM直接得到一个对象时,这个对象通常是从数据库中查询并加载到内存中的。但是,你可以通过选择合适的方法来优化你的查询,以减少内存使用和数据库负载。例如,使用exists()方法来检查对象是否存在,而不是使用get()方法并随后检查对象是否为None

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