三個生產級別的Django 異步應用實例

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Django3.0 發佈的時候，我嘗試着用了下它的異步功能。當時它僅僅添加了對ASGI的支持（可見以前的文章 Django 3.0 異步試用分享，直到Django3.1的發佈，才支持了視圖和中間件的異步，可是關鍵的Django ORM層仍是沒有異步。Django生態對第三方異步的ORM支持又不是很友好，這就致使不少用戶面對Django的異步功能無從下手。

很過文章在描述Django view 和中間件的異步使用方法時，由於沒有ORM的異步，在view中大多數用asyncio.sleep來代替，並無真實的案例。這便進一步致使讀者無從下手，認爲Django 異步徹底沒生產使用價值。這觀點徹底是錯誤的，現階段Django 的異步功能徹底可用於生成。

下邊是來自Arun Ravindran（<Django設計模式和最佳實踐>做者） 的三個生產級別的Django 異步使用案例，供你們參考。

Django 異步的用例

微服務調用

現階段，大多數系統架構已經從單一架構進化爲微服務架構，在業務邏輯中調用其餘服務的接口成爲常有的事情。Django 的異步view 在這種狀況下，能夠很大程度上提升性能。

讓咱們看下做者的例子：經過兩個微服務的接口來獲取最後展現在home頁的數據。

# 同步版本
def sync_home(request):
    """Display homepage by calling two services synchronously"""
    context = {}
    try:
        # httpx 支持異步http client ，可理解爲requests的升級異步版，徹底兼容requests 的api。
        response = httpx.get(PROMO_SERVICE_URL)
        if response.status_code == httpx.codes.OK:
            context["promo"] = response.json()
        response = httpx.get(RECCO_SERVICE_URL)
        if response.status_code == httpx.codes.OK:
            context["recco"] = response.json()
    except httpx.RequestError as exc:
        print(f"An error occurred while requesting {exc.request.url!r}.")
    return render(request, "index.html", context)


# 異步版本
async def async_home_inefficient(request):
    """Display homepage by calling two awaitables synchronously (does NOT run concurrently)"""
    context = {}
    try:
        async with httpx.AsyncClient() as client:
            response = await client.get(PROMO_SERVICE_URL)
            if response.status_code == httpx.codes.OK:
                context["promo"] = response.json()
            response = await client.get(RECCO_SERVICE_URL)
            if response.status_code == httpx.codes.OK:
                context["recco"] = response.json()
    except httpx.RequestError as exc:
        print(f"An error occurred while requesting {exc.request.url!r}.")
    return render(request, "index.html", context)

# 異步升級版
async def async_home(request):
    """Display homepage by calling two services asynchronously (proper concurrency)"""
    context = {}
    try:
        async with httpx.AsyncClient() as client:
            # 使用asyncio.gather 併發執行協程
            response_p, response_r = await asyncio.gather(
                client.get(PROMO_SERVICE_URL), client.get(RECCO_SERVICE_URL)
            )

            if response_p.status_code == httpx.codes.OK:
                context["promo"] = response_p.json()
            if response_r.status_code == httpx.codes.OK:
                context["recco"] = response_r.json()
    except httpx.RequestError as exc:
        print(f"An error occurred while requesting {exc.request.url!r}.")
    return render(request, "index.html", context)

同步版本很顯然，當有一個服務慢時，總體的邏輯就會阻塞等待。服務的耗時依賴最後返回的那個接口的耗時。

再看異步版本，改用了異步http client 調用，這裏的寫法並不能增長該view 的速度，兩個協程並不能同時執行。當一個協查await時，只是將控制器交還回了事件循環，而不是當即執行本view的其餘邏輯或協程。對於本view來講，仍然是阻塞的。

最後看下異步升級版，使用了asyncio.gather ，它會同時執行兩個協程，並在他們都完成的時候返回。升級版至關於併發，普通版至關於串行，Arun Ravindran說效率提高了一半（有待驗證）。

文件提取

當django 視圖須要從文件提取數據，來渲染到模板中時。無論是從本地磁盤仍是網絡環境，都會是一個潛在的阻塞I/O操做。在阻塞的這段時間內，徹底能夠幹別的事情。咱們可使用aiofile庫來進行異步的文件I/O操做。

async def serve_certificate(request):
    timestamp = datetime.datetime.now().isoformat()

    response = HttpResponse(content_type="application/pdf")
    response["Content-Disposition"] = "attachment; filename=certificate.pdf"
    async with aiofiles.open("homepage/pdfs/certificate-template.pdf", mode="rb") as f:
        contents = await f.read()
        response.write(contents.replace(b"%timestamp%", bytes(timestamp, "utf-8")))
    return response

此實例，使用了本地的磁盤文件，若是使用網絡文件時，記着修改對應代碼。

文件上傳

文件上傳是一個很長的I/O阻塞操做，結合 aiofile的異步寫入功能，咱們能夠實現高併發的上傳功能。

async def handle_uploaded_file(f):
    async with aiofiles.open(f"uploads/{f.name}", "wb+") as destination:
        for chunk in f.chunks():
            await destination.write(chunk)


async def async_uploader(request):
    if request.method == "POST":
        form = UploadFileForm(request.POST, request.FILES)
        if form.is_valid():
            await handle_uploaded_file(request.FILES["file"])
            return HttpResponseRedirect("/")
    else:
        form = UploadFileForm()
    return render(request, "upload.html", {"form": form})

須要注意的是，這繞過了Django的默認文件上傳機制，所以須要注意安全隱患。

總結

本文根據Arun Ravindran的三個準生產級別的實例，闡述了Django 現階段異步的使用。從這些例子當中能夠看出，Django 的異步加上一些異步的第三方庫，已經徹底能夠應用到生產。咱們生產系統的部分性能瓶頸，特別是I/O類型的，能夠考慮使用Django 的異步特性來優化一把了。

我是DeanWu，一個努力成爲真正SRE的人。

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