Python Django 프레임워크의 메시지 알림 카운터

이야기의 시작: .count()

주로 모든 사이트 알림을 저장하는 알림 모델 클래스가 있다고 가정해 보겠습니다.

class Notification(models.Model):
  """一个简化过的Notification类，拥有三个字段：

  - `user_id`: 消息所有人的用户ID
  - `has_readed`: 表示消息是否已读
  """

  user_id = models.IntegerField(db_index=True)
  has_readed = models.BooleanField(default=False)

물론 처음에는 다음 쿼리를 통해 특정 사용자의 읽지 않은 메시지 수를 얻을 수 있습니다.

# 获取ID为3074的用户的未读消息数
Notification.objects.filter(user_id=3074, has_readed=False).count()

알림 테이블이 상대적으로 작을 때는 이 방법을 사용해도 문제가 없지만 비즈니스 규모가 커질수록 속도가 느려집니다. 메시지 테이블에는 수억 개의 데이터 조각이 있습니다. 많은 게으른 사용자는 수천 개의 읽지 않은 메시지를 가지고 있습니다.

이때 각 사용자의 읽지 않은 메시지 수를 계산하는 카운터를 구현해야 합니다. 이런 방식으로 이전 count()와 비교하면 간단한 기본 키 쿼리만 실행하면 됩니다. 또는 더 나은 방법) 읽지 않은 메시지의 수를 실시간으로 얻을 수 있습니다.

더 나은 솔루션: 카운터 만들기
먼저 각 사용자의 읽지 않은 메시지 수를 저장하는 새 테이블을 만들어 보겠습니다.

class UserNotificationsCount(models.Model):
  """这个Model保存着每一个用户的未读消息数目"""

  user_id = models.IntegerField(primary_key=True)
  unread_count = models.IntegerField(default=0)

  def __str__(self):
    return &#39;<UserNotificationsCount %s: %s>&#39; % (self.user_id, self.unread_count)

우리는 등록된 각 사용자에게 해당 UserNotificationsCount 기록을 제공하여 읽지 않은 메시지 수를 저장합니다. 읽지 않은 메시지 수를 얻을 때마다 UserNotificationsCount.objects.get(pk=user_id).unread_count만 필요합니다.

다음으로 질문의 핵심은 언제 카운터를 업데이트해야 하는지 어떻게 알 수 있습니까? Django는 이와 관련하여 지름길을 제공합니까?

과제: 실시간 카운터 업데이트

카운터가 제대로 작동하려면 다음을 포함하여 실시간으로 업데이트해야 합니다.

• 읽지 않은 새 메시지가 오면 카운터에 1을 추가

• 메시지가 비정상적으로 삭제되었을 때 관련 메시지를 읽지 않은 경우에는 카운터에 1을 추가합니다. counter -1

• 새 메시지를 읽었을 때 카운터는 -1

이러한 상황을 하나씩 해결해 보겠습니다.

솔루션을 버리기 전에 Django의 기능을 소개해야 합니다. Signals는 Django에서 제공하는 이벤트 알림 메커니즘으로, 이러한 이벤트가 발생할 때 특정 사용자 정의 또는 사전 설정 이벤트를 들을 수 있습니다. , 구현에서 정의된 메서드가 호출됩니다.

예를 들어 django.db.models.signals.pre_save & django.db.models.signals.post_save는 Model이 save 메소드를 호출하기 전후에 트리거되는 이벤트를 나타냅니다. 데이터베이스에서 제공하는 트리거 기능에는 일부 유사점이 있습니다.

Signal에 대한 자세한 내용은 공식 문서를 참조하세요. Signals가 카운터에 어떤 이점을 가져올 수 있는지 살펴보겠습니다.

1. 새 메시지가 오면 카운터에 1을 추가합니다

이 상황은 Django의 Signal을 사용하여 처리하는 것이 가장 좋습니다. 몇 줄의 코드만 있으면 이 경우 카운터 업데이트를 구현할 수 있습니다:

from django.db.models.signals import post_save, post_delete

def incr_notifications_counter(sender, instance, created, **kwargs):
  # 只有当这个instance是新创建，而且has_readed是默认的false才更新
  if not (created and not instance.has_readed):
    return

  # 调用 update_unread_count 方法来更新计数器 +1
  NotificationController(instance.user_id).update_unread_count(1)

# 监听Notification Model的post_save信号
post_save.connect(incr_notifications_counter, sender=Notification)

이러한 방식으로 알림.create 또는 .save()를 사용할 때마다 이와 같은 메서드를 사용하여 새 알림이 생성되면 우리의 NotificationController가 알림을 받고 카운터는 +1이 됩니다.

그러나 우리 카운터는 Django 신호를 기반으로 하기 때문에 코드 어딘가에서 원시 SQL을 사용하고 Django ORM 메서드를 통해 새 알림을 추가하지 않으면 우리 카운터는 알림을 받지 못합니다. 동일한 API를 사용하는 등 모든 새로운 알림 생성 방법을 표준화하는 것이 가장 좋습니다.

2. 메시지가 비정상적으로 삭제된 경우 관련 메시지를 읽지 않은 경우 카운터는 -1입니다

첫 번째 경험으로도 이 상황은 상대적입니다. 다음은 알림의 post_delete 신호만 모니터링하면 됩니다.

def decr_notifications_counter(sender, instance, **kwargs):
  # 当删除的消息还没有被读过时，计数器 -1
  if not instance.has_readed:
    NotificationController(instance.user_id).update_unread_count(-1)

post_delete.connect(decr_notifications_counter, sender=Notification)

이 시점에서 삭제가 수행됩니다. 알림 이벤트의 카운터도 정상적으로 업데이트될 수 있습니다.

3. 새 메시지를 읽을 때 카운터는 -1입니다.

다음으로 사용자가 읽지 않은 메시지를 읽으면 읽지 않은 메시지 카운터도 업데이트해야 합니다. . 이게 뭐가 그렇게 어려운데요? 메시지를 읽는 방법에서 카운터를 수동으로 업데이트할 수 있나요?

예:

class NotificationController(object):

  ... ...

  def mark_as_readed(self, notification_id):
    notification = Notification.objects.get(pk=notification_id)
    # 没有必要重复标记一个已经读过的通知
    if notication.has_readed:
      return

    notification.has_readed = True
    notification.save()
    # 在这里更新我们的计数器，嗯，我感觉好极了
    self.update_unread_count(-1)

몇 가지 간단한 테스트를 통해 카운터가 매우 잘 작동하고 있다고 느낄 수 있지만, 이렇습니다. 구현 방법에 매우 치명적인 문제가 있습니다. 이 방법은 동시 요청을 정상적으로 처리할 수 없습니다.

예를 들어 ID가 100인 읽지 않은 메시지 개체가 있습니다. 이때 두 개의 요청이 동시에 들어옵니다. 이 알림을 읽음으로 표시해야 합니다.

# 因为两个并发的请求，假设这两个方法几乎同时被调用
NotificationController(user_id).mark_as_readed(100)
NotificationController(user_id).mark_as_readed(100)

분명히 두 가지 방법 모두 성공적으로 이 알림을 읽음으로 표시합니다. 왜냐하면 동시성의 경우 통지.has_readed가 제대로 작동할 수 없는지 확인하므로 카운터가 두 번 잘못 -1이 되기 때문입니다. 하지만 실제로는 요청을 하나만 읽습니다.

그렇다면 이 문제를 어떻게 해결해야 할까요?

기본적으로 동시 요청으로 인한 데이터 충돌을 해결하는 방법은 하나뿐입니다. 바로 잠금입니다.

使用 select for update 数据库查询

select ... for update 是数据库层面上专门用来解决并发取数据后再修改的场景的，主流的关系数据库 比如mysql、postgresql都支持这个功能， 新版的Django ORM甚至直接提供了这个功能的shortcut 。 关于它的更多介绍，你可以搜索你使用的数据库的介绍文档。

使用 select for update 后，我们的代码可能会变成这样：

from django.db import transaction

class NotificationController(object):

  ... ...

  def mark_as_readed(self, notification_id):
    # 手动让select for update和update语句发生在一个完整的事务里面
    with transaction.commit_on_success():
      # 使用select_for_update来保证并发请求同时只有一个请求在处理，其他的请求
      # 等待锁释放
      notification = Notification.objects.select_for_update().get(pk=notification_id)
      # 没有必要重复标记一个已经读过的通知
      if notication.has_readed:
        return

      notification.has_readed = True
      notification.save()
      # 在这里更新我们的计数器，嗯，我感觉好极了
      self.update_unread_count(-1)

除了使用``select for update``这样的功能，还有一个比较简单的办法来解决这个问题。

使用update来实现原子性修改

其实，更简单的办法，只要把我们的数据库改成单条的update就可以解决并发情况下的问题了：

def mark_as_readed(self, notification_id):
    affected_rows = Notification.objects.filter(pk=notification_id, has_readed=False)\
                      .update(has_readed=True)
    # affected_rows将会返回update语句修改的条目数
    self.update_unread_count(affected_rows)

这样，并发的标记已读操作也可以正确的影响到我们的计数器了。

高性能？
我们在之前介绍了如何实现一个能够正确更新的未读消息计数器，我们可能会直接使用UPDATE 语句来修改我们的计数器，就像这样：

from django.db.models import F

def update_unread_count(self, count)
  # 使用Update语句来更新我们的计数器
  UserNotificationsCount.objects.filter(pk=self.user_id)\
                 .update(unread_count=F('unread_count') + count)

但是在生产环境中，这样的处理方式很有可能造成严重的性能问题，因为如果我们的计数器在频繁 更新的话，海量的Update会给数据库造成不小的压力。所以为了实现一个高性能的计数器，我们 需要把改动暂存起来，然后批量写入到数据库。

使用 redis 的 sorted set ，我们可以非常轻松的做到这一点。

使用sorted set来缓存计数器改动

redis是一个非常好用的内存数据库，其中的sorted set是它提供的一种数据类型：有序集合， 使用它，我们可以非常简单的缓存所有的计数器改动，然后批量回写到数据库。

RK_NOTIFICATIONS_COUNTER = 'ss_pending_counter_changes'

def update_unread_count(self, count):
  """修改过的update_unread_count方法"""
  redisdb.zincrby(RK_NOTIFICATIONS_COUNTER, str(self.user_id), count)

# 同时我们也需要修改获取用户未读消息数方法，使其获取redis中那些没有被回写
# 到数据库的缓冲区数据。在这里代码就省略了

通过以上的代码，我们把计数器的更新缓冲在了redis里面，我们还需要一个脚本来把这个缓冲区 里面的数据定时回写到数据库中。

通过自定义django的command，我们可以非常轻松的做到这一点：

# File: management/commands/notification_update_counter.py

# -*- coding: utf-8 -*-
from django.core.management.base import BaseCommand
from django.db.models import F

# Fix import prob
from notification.models import UserNotificationsCount
from notification.utils import RK_NOTIFICATIONS_COUNTER
from base_redis import redisdb

import logging
logger = logging.getLogger('stdout')


class Command(BaseCommand):
  help = 'Update UserNotificationsCounter objects, Write changes from redis to database'

  def handle(self, *args, **options):
    # 首先，通过 zrange 命令来获取缓冲区所有修改过的用户ID
    for user_id in redisdb.zrange(RK_NOTIFICATIONS_COUNTER, 0, -1):
      # 这里值得注意，为了保证操作的原子性，我们使用了redisdb的pipeline
      pipe = redisdb.pipeline()
      pipe.zscore(RK_NOTIFICATIONS_COUNTER, user_id)
      pipe.zrem(RK_NOTIFICATIONS_COUNTER, user_id)
      count, _ = pipe.execute()
      count = int(count)
      if not count:
        continue

      logger.info('Updating unread count user %s: count %s' % (user_id, count))
      UserNotificationsCount.objects.filter(pk=obj.pk)\
                     .update(unread_count=F('unread_count') + count)

之后，通过 python manage.py notification_update_counter 这样的命令就可以把缓冲区 里面的改动批量回写到数据库了。我们还可以把这个命令配置到crontab中来定义执行。

总结
文章到了这里，一个简单的“高性能”未读消息计数器算是实现完了。说了这么多，其实主要的知识点就是这么些：

使用Django的signals来获取Model的新建/删除操作更新
使用数据库的select for update来正确处理并发的数据库操作
使用redis的sorted set来缓存计数器的修改操作
希望能对您有所帮助。 :)

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