Werkzeugのキャッシュミドルウェアを使ってSQLAlchemyでトランザクションを超えてオブジェクトをキャッシュする

2024-04-19

SQLAlchemyでトランザクションを超えてオブジェクトをキャッシュする方法

SQLAlchemyには、クエリ結果をキャッシュする組み込みの機能があります。しかし、この機能はトランザクション内に限定されています。つまり、トランザクションがコミットまたはロールバックされると、キャッシュは無効になります。

トランザクションを超えてオブジェクトをキャッシュするには、いくつかの方法があります。

キャッシュライブラリを使用する

Dogpile Cacheなどのキャッシュライブラリを使用して、オブジェクトをデータベースから取得し、キャッシュに保存することができます。キャッシュライブラリは、キャッシュキーの生成、キャッシュの有効期限の設定、キャッシュの更新など、キャッシュ管理に必要な機能を提供します。

例:

from dogpile.cache import Cache
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

cache = Cache()
Session = sessionmaker()

def get_user(user_id):
    user = cache.get('user:%d' % user_id)
    if user is None:
        session = Session()
        user = session.query(User).filter(User.id == user_id).one()
        cache.set('user:%d' % user_id, user, timeout=60)
        session.close()
    return user

セッションを永続化する

SQLAlchemyには、expire_on_commitフラグがあります。このフラグをFalseに設定すると、セッション内のオブジェクトはトランザクションがコミットまたはロールバックされても永続化されます。

from sqlalchemy.orm import sessionmaker

Session = sessionmaker(expire_on_commit=False)

def get_user(user_id):
    session = Session()
    user = session.query(User).filter(User.id == user_id).one()
    session.close()
    return user

オブジェクトをデタッチする

オブジェクトをセッションからデタッチすると、オブジェクトはトランザクションの影響を受けなくなります。

from sqlalchemy.orm import sessionmaker

Session = sessionmaker()

def get_user(user_id):
    session = Session()
    user = session.query(User).filter(User.id == user_id).one()
    session.expunge(user)  # オブジェクトをデタッチ
    session.close()
    return user

Dogpile Cacheなどのキャッシュライブラリを使用すると、最も柔軟性の高いキャッシュソリューションになります。
セッションを永続化すると、シンプルな方法でトランザクションを超えてオブジェクトをキャッシュできます。

SQLAlchemyでトランザクションを超えてオブジェクトをキャッシュするサンプルコード

Dogpile Cacheを使用する

from dogpile.cache import Cache
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

cache = Cache()
Session = sessionmaker()

def get_user(user_id):
    user = cache.get('user:%d' % user_id)
    if user is None:
        session = Session()
        user = session.query(User).filter(User.id == user_id).one()
        cache.set('user:%d' % user_id, user, timeout=60)
        session.close()
    return user

cache 変数にDogpile Cacheインスタンスを作成します。
Session 変数にSQLAlchemyセッションメーカーを作成します。
get_user 関数は、ユーザーIDを受け取り、ユーザーオブジェクトを返します。
キャッシュからユーザーオブジェクトを取得します。
キャッシュにユーザーオブジェクトが存在しない場合は、データベースからユーザーオブジェクトを取得し、キャッシュに保存します。

セッションを永続化する

from sqlalchemy.orm import sessionmaker

Session = sessionmaker(expire_on_commit=False)

def get_user(user_id):
    session = Session()
    user = session.query(User).filter(User.id == user_id).one()
    session.close()
    return user

説明:

Session 変数にSQLAlchemyセッションメーカーを作成し、expire_on_commitフラグをFalseに設定します。

オブジェクトをデタッチする

from sqlalchemy.orm import sessionmaker

Session = sessionmaker()

def get_user(user_id):
    session = Session()
    user = session.query(User).filter(User.id == user_id).one()
    session.expunge(user)  # オブジェクトをデタッチ
    session.close()
    return user

オブジェクトをセッションからデタッチします。

これらのコードはあくまでもサンプルです。 具体的な実装は、アプリケーションの要件に合わせて変更する必要があります。

SQLAlchemyでトランザクションを超えてオブジェクトをキャッシュするその他の方法

Memcachedなどのメモリキャッシュを使用して、オブジェクトをデータベースから取得し、キャッシュに保存することができます。メモリキャッシュは、Dogpile Cacheなどのキャッシュライブラリよりも高速ですが、揮発性であるため、定期的にキャッシュを更新する必要があります。

import memcache
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

mc = memcache.Client()
Session = sessionmaker()

def get_user(user_id):
    user = mc.get('user:%d' % user_id)
    if user is None:
        session = Session()
        user = session.query(User).filter(User.id == user_id).one()
        mc.set('user:%d' % user_id, user, timeout=60)
        session.close()
    return user

データベースキャッシュを使用する

PostgreSQLなどのデータベースには、キャッシュ機能が組み込まれています。データベースキャッシュを使用すると、キャッシュ管理をデータベースに任せることができます。

CREATE TABLE cached_users (
    user_id INT PRIMARY KEY,
    data BYTEA NOT NULL,
    expires TIMESTAMP NOT NULL
);

CREATE INDEX idx_cached_users_expires ON cached_users (expires);

from sqlalchemy import create_engine
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

engine = create_engine('postgresql://user:password@host:port/database')
Session = sessionmaker(bind=engine)

def get_user(user_id):
    session = Session()
    row = session.execute('SELECT data FROM cached_users WHERE user_id = :user_id AND expires > NOW()', user_id=user_id).fetchone()
    if row is not None:
        user = pickle.loads(row[0])
        return user

    user = session.query(User).filter(User.id == user_id).one()
    data = pickle.dumps(user)
    session.execute('INSERT INTO cached_users (user_id, data, expires) VALUES (:user_id, :data, :expires)', user_id=user_id, data=data, expires=datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(minutes=60))
    session.commit()
    return user

WerkzeugなどのWebフレームワークには、キャッシュミドルウェアが含まれています。キャッシュミドルウェアは、リクエストとレスポンスをインターセプトし、キャッシュを使用することができます。

from werkzeug.middleware.cache import CacheControlMiddleware
from flask import Flask

app = Flask(__name__)

cache = CacheControlMiddleware(app)

@app.route('/user/<int:user_id>')
@cache.cached_function(timeout=60)
def get_user(user_id):
    # ...
    return user

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)