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全栈进阶-redis最佳入门实战项目篇
一、环境准备
后端采用Python + FastApi，Redis和MySQL都在云服务器上，通过docker安装的，向外暴露接口实现的远程连接。
服务部署
前面介绍过fastapi的基本语法，但是缺了部署这个环节，在这里补充下。
我的安装环境都是在阿里云的云服务器上，采用的是pm2来管理fastapi项目，首先在centos上安装相关依赖和环境：
# 1. 更新系统
sudo yum update -y
# 2. 安装 EPEL 源（Python 虚拟环境需要）
sudo yum install -y epel-release
# 3. 安装 Python3 和 pip
sudo yum install -y python3 python3-pip python3-venv python3-wheel
# 确认 Python 安装
python3 -V
pip3 -V
# 4. 安装 Node.js (使用官方源安装最新 LTS)
curl -fsSL https://rpm.nodesource.com/setup_lts.x | sudo bash -
sudo yum install -y nodejs
# 确认 Node 和 npm 安装
node -v
npm -v
# 5. 安装 PM2 全局
sudo npm install -g pm2
pm2 -v
准备测试脚本：
首先准备下虚拟环境：
python3 -m venv venv
venv\Scripts\activate
新建main.py
from datetime import datetime
from fastapi import FastAPI, HTTPException, Query
import pymysql
app = FastAPI(title="Simple MySQL Query Service")
def get_connection() -> pymysql.connections.Connection:
"""创建并返回一个 MySQL 连接。"""
return pymysql.connect(
host="118.31.xxx",
port=3307,
user="root",
password="xxx",
database="blog",
cursorclass=pymysql.cursors.DictCursor,
charset="utf8mb4",
)
@app.get("/hello")
async def hello():
"""返回 你好 + 当前时间（年月日 时分秒）。"""
now = datetime.now()
current_time = now.strftime("%Y年%m月%d日 %H:%M:%S")
return {"message": f"你好，当前时间是：{current_time}"}
@app.get("/student_score")
async def get_student_score(number: str = Query(..., description="学生编号")):
"""根据 number 查询 blog 库中 student_score 表的 subject 和 score。"""
try:
conn = get_connection()
with conn:
with conn.cursor() as cursor:
sql = (
"SELECT subject, score "
"FROM student_score "
"WHERE number = %s"
)
cursor.execute(sql, (number,))
rows = cursor.fetchall()
except pymysql.MySQLError as exc: # 数据库连接或执行出错
detail = (
exc.args[1]
if len(exc.args) > 1
else str(exc)
)
raise HTTPException(status_code=500, detail=f"数据库错误: {detail}") from exc
if not rows:
raise HTTPException(status_code=404, detail="未找到该 number 对应的成绩")
return {"number": number, "results": rows}
if __name__ == "__main__":
import uvicorn
uvicorn.run("main:app", host="0.0.0.0", port=8000, reload=True)
本地运行下python mian.py，然后测试下我们的接口，看来是没问题的。就着手开始部署到线上。
新建Gunicorn配置文件gunicorn_config.py：
bind = "0.0.0.0:8011" # 对外端口
workers = 2 # worker 数量，看 CPU 调整
worker_class = "uvicorn.workers.UvicornWorker"
timeout = 60
accesslog = "logs/access.log"
errorlog = "logs/error.log"
loglevel = "info"
开始新建项目依赖requirements.txt
fastapi
uvicorn[standard]
pymysql
同时我的nginx的代理转发的配置文件，是这样的
location /fastapi/query/ {
proxy_pass http://127.0.0.1:8011/;
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
proxy_redirect off;
}
接下来将项目文件压缩成zip包，拖到服务器的指定目录，运行unzip query.zip解压即可。
然后开始安装依赖：
首先开启虚拟环境：
python3 -m venv venv
source venv/bin/activate
然后安装依赖
pip install -r requirements.txt
这一步可能安装巨慢，建议切换阿里云的下载链接
这里巨坑，折腾了我一个多小时，阿里云的python版本默认是3.6.8，使用
Gunicorn需要3.10以上的，一开始安装依赖一直卡住了，也不报错，换了好几个源，还是不行，我以为我服务器带宽小导致的，换成本地安装，然后拖到服务器上，这才发现是版本的原因，然后安装3.11.9后删除虚拟环境，重新安装才成功。
安装成功后，就可以啦。
测试下：运行gunicorn -c gunicorn_config.py main:app，在开启一个服务器连接，
输入：
curl "http://127.0.0.1:8011/hello"
{"message":"你好，当前时间是：2026年02月08日 15:38:53"}[root@iZbp1f9urggte5qz3ri1riZ ~]#
curl "http://127.0.0.1:8011/student_score?number=20180101"
{"number":"20180101","results":[{"subject":"母猪的产后护理","score":78},{"subject":"论萨达姆的战争准备","score":88}]}[root@iZbp1f9urg
可以看到我们的服务器已经正常运行了，二级域名已经解析了，nginx代理也已经配置了，
输入curl http://api.jinxudong.com/fastapi/query/hello可以看到正常的接口输出的，说明我们的脚本已经部署成功了，但是这种部署方式还是比较原始的，而且后续服务肯定不止这个一个，我打算采用pm2来管理这些服务。
在项目的根目录写上配置文件ecosystem.config.js
module.exports = {
apps: [
{
name: "query",
script: "bash",
args: "-c '/var/www/python/query/venv/bin/gunicorn -c gunicorn_config.py main:app'",
cwd: "/var/www/python/query"
}
]
};
运行脚本pm2 start ecosystem.config.js就可以看到我们的服务了，在设置下开机自启：
pm2 save
pm2 startup
我们的服务已经正常部署到线上啦，可以通过域名去访问
https://api.jinxudong.com/fastapi/query/student_score?number=20180101
{"number":"20180101","results":[{"subject":"母猪的产后护理","score":78},{"subject":"论萨达姆的战争准备","score":88}]}
压测工具介绍
一个系统上线后，是必须要经过压测的，就是模拟大量用户同时访问服务，找到系统的极限QPS，极限并发，找出性能瓶颈，避免线上事故。
接下来介绍两个常见的压测工具：
-
ab
这是
Apache自带的压测工具，非常的简轻量，很适合小接口测试，做下简单的性能验证。首先安装下这个工具
yum install httpd-tools使用也很简单
ab -n 1000 -c 50 https://api.jinxudong.com/fastapi/query/student_score?number=20180101用50的并发完成1000次请求，看下ab的输出日志
Server Software: nginx/1.20.1 Server Hostname: api.jinxudong.com Server Port: 443 SSL/TLS Protocol: TLSv1.2,ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384,2048,256 Server Temp Key: X25519 253 bits TLS Server Name: api.jinxudong.com Document Path: /fastapi/query/student_score?number=20180101 Document Length: 133 bytes Concurrency Level: 50 Time taken for tests: 17.659 seconds Complete requests: 1000 Failed requests: 0 Total transferred: 283000 bytes HTML transferred: 133000 bytes Requests per second: 56.63 [#/sec] (mean) Time per request: 882.956 [ms] (mean) Time per request: 17.659 [ms] (mean, across all concurrent requests) Transfer rate: 15.65 [Kbytes/sec] received Connection Times (ms) min mean[+/-sd] median max Connect: 11 56 119.1 13 1471 Processing: 32 810 212.6 807 1854 Waiting: 30 810 212.6 806 1854 Total: 48 866 258.9 828 2290 Percentage of the requests served within a certain time (ms) 50% 828 66% 911 75% 998 80% 1041 90% 1195 95% 1295 98% 1559 99% 1798 100% 2290 (longest request)看下几个核心指标
-
Request per second，也就是常说的QPS，也就是每秒可以处理56个请求 -
Time per request，平均响应时间Time per request: 882.956 [ms] (mean) Time per request: 17.659 [ms] (mean, across all concurrent requests)第一个时间单个请求平均耗时，这是用户真实的体验时间，第二个时间是平均耗时/并发数
-
延迟分布
Percentage of the requests served within a certain time (ms) 50% 828 66% 911 75% 998 80% 1041 90% 1195 95% 1295 98% 1559 99% 1798 100% 2290 (longest request)第一个数字是百分比，第二个是耗时，换成表格是这样
百分位 含义 P50 50%请求 < 828ms P90 90%请求 < 1195ms P95 95%请求 < 1295ms P99 99%请求 < 1798ms max 最慢请求 2290ms -
连接时间分析
Connection Times (ms) min mean[+/-sd] median max Connect: 11 56 119.1 13 1471 Processing: 32 810 212.6 807 1854 Waiting: 30 810 212.6 806 1854 Total: 48 866 258.9 828 2290这里的
Connect就是TCP握手简历链接的时间，Processing就是后端处理的时间
-
-
wrk
wrk目前是后端常用的压测工具，支持多线程和Lua脚本，可以模拟真实并发。
首先在服务器上安装下
#先安装编译工具
sudo yum groupinstall "Development Tools" -y
sudo yum install git -y
#下载
curl -L -o wrk.zip https://codeload.github.com/wg/wrk/zip/refs/heads/master
unzip wrk.zip
cd wrk-master
#编译
make
#复制到全局路径
sudo cp wrk /usr/local/bin/
安装成功以后，直接测试：
wrk -t4 -c100 -d30s --latency https://api.jinxudong.com/fastapi/query/student_score?number=20180101
意思就是四个线程，100的并发，测试30秒
4 threads and 100 connections
Thread Stats Avg Stdev Max +/- Stdev
Latency 1.18s 66.72ms 1.42s 96.70%
Req/Sec 36.35 26.08 100.00 54.00%
Latency Distribution
50% 1.18s
75% 1.19s
90% 1.20s
99% 1.23s
2483 requests in 30.07s, 698.34KB read
Requests/sec: 82.58
Transfer/sec: 23.22KB
可以看到，Requests/sec就是吞吐量82，每秒可以处理82个请求，平均延迟1.23秒，
压测还是比较简单的，就是利用工具查看qps和延迟时间，当qps不涨，延迟时间飞涨甚至于报错，那说明就到达极限了。
下面就开始实战环节了。
二、信息查询系统
这是一个查询商品信息的系统，就是查询商品详情，为了增加系统的吞吐量，常见的做法就是增加一个缓存层，流程就是：请求接口来了，先去查询redis缓存层，缓存命中就直接返回；如果未命中再去查库。这也是前面介绍的旁路缓存，用内存换取数据库压力。
系统架构图如下
客户端 (浏览器/APP)
|
v
FastAPI 接口层
|
-----------------
| |
Redis 缓存 MySQL 数据库
环境准备
数据库设计
CREATE TABLE products (
id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
name VARCHAR(255) NOT NULL,
price DECIMAL(10,2) NOT NULL,
stock INT NOT NULL,
description TEXT,
updated_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP
);
id 是主键
name, price, stock, description 是商品核心信息
updated_at 商品的更新时间，可以用于后面缓存过期策略（缓存失效时刷新）
然后插入一些测试数据
INSERT INTO products (name, price, stock, description)
SELECT
CONCAT('商品-', t.num),
ROUND(RAND() * 500 + 10, 2),
FLOOR(RAND() * 100),
CONCAT('这是商品 ', t.num, ' 的描述')
FROM (
SELECT a.n + b.n * 10 + c.n * 100 + 1 AS num
FROM
(SELECT 0 n UNION SELECT 1 UNION SELECT 2 UNION SELECT 3 UNION SELECT 4
UNION SELECT 5 UNION SELECT 6 UNION SELECT 7 UNION SELECT 8 UNION SELECT 9) a,
(SELECT 0 n UNION SELECT 1 UNION SELECT 2 UNION SELECT 3 UNION SELECT 4
UNION SELECT 5 UNION SELECT 6 UNION SELECT 7 UNION SELECT 8 UNION SELECT 9) b,
(SELECT 0 n UNION SELECT 1 UNION SELECT 2 UNION SELECT 3 UNION SELECT 4
UNION SELECT 5 UNION SELECT 6 UNION SELECT 7 UNION SELECT 8 UNION SELECT 9) c
) t
WHERE t.num <= 1000;
准备工作已经就绪，接下来开始编写代码啦
系统编写
代码也比较简单，就是一个查询接口，和前面是实例基本一致
@app.get("/get_product")
async def get_product(id: int = Query(..., description="商品编号")):
"""根据商品 id 查询商品信息。"""
try:
conn = get_connection()
with conn:
with conn.cursor() as cursor:
sql = (
"SELECT * "
"FROM products "
"WHERE id = %s"
)
cursor.execute(sql, (id,))
rows = cursor.fetchall()
except pymysql.MySQLError as exc: # 数据库连接或执行出错
detail = (
exc.args[1]
if len(exc.args) > 1
else str(exc)
)
raise HTTPException(status_code=500, detail=f"数据库错误: {detail}") from exc
if not rows:
raise HTTPException(status_code=404, detail="未找到该 id 对应的商品信息")
return {"id": id, "results": rows}
if __name__ == "__main__":
import uvicorn
uvicorn.run("main:app", host="0.0.0.0", port=8000, reload=True)
然后运行python main.py，http://localhost:8000/get_product?id=22是可以看到数据返回的。
说明我们的代码是没问题的，接下来就开始部署，然后再服务器上做压测，看下当前的服务器的最大QPS是多大。
部署方案和前面介绍的一致，记得更改nginx配置和pm2的配置文件，通过公网访问下我们的接口
https://api.jinxudong.com/fastapi/queryDetail/get_product?id=122
可以看到如下输出：
{
"id": 122,
"results": [
{
"id": 122,
"name": "商品-172",
"price": 461.79,
"stock": 72,
"description": "这是商品 172 的描述",
"updated_at": "2026-02-10T04:13:17"
}
]
}
说明接口已经部署成功了，下面就开始压测，要知道这个接口的最大QPS，接下来使用ab来开始压测
第一次压测
首先使用20的并发，看下压测报告：
ab -n 1000 -c 20 https://api.jinxudong.com/fastapi/queryDetail/get_product?id=122
压测报告截取：
Requests per second: 54.99 [#/sec] (mean)
Time per request: 363.704 [ms] (mean)
50% 307ms
75% 417ms
90% 512ms
99% 1282ms
可以看到QPS54，平均时间363ms，延迟分布中50%的请求小于307ms
第二次压测
使用40的并发，看下压测报告：
ab -n 1000 -c 40 https://api.jinxudong.com/fastapi/queryDetail/get_product?id=122
压测报告截取：
Requests per second: 53.87 [#/sec] (mean)
Time per request: 742.486 [ms] (mean)
50% 712
66% 769
75% 826
80% 850
90% 926
QPS53，延迟时间和平均请求时间都在增大，有一种步子迈大了的感觉，减少并发试试
第三次压测
使用10的并发，看下压测报告
ab -n 1000 -c 10 https://api.jinxudong.com/fastapi/queryDetail/get_product?id=122
压测报告截取：
Requests per second: 55.53 [#/sec] (mean)
Time per request: 180.081 [ms] (mean)
50% 135
66% 154
75% 173
80% 181
90% 332
QPS55，平均时间和延迟时间都降低了，但是QPS确实没怎么变化，可以断定当前系统的最大吞吐量就是55，下面增加一个缓存层，然后看下系统的吞吐量是否发生变化
存增加缓存层
首先回顾下旁路缓存，当查询时首先去缓存中查找，如果缓存命中就直接返回；如果未命中就去查询数据库，然后将值写到缓存中，如果数据库也没有，就写一个空值到缓存中，防止穿透。这就是下面要写的代码的逻辑。
直接看下接口代码
@app.get("/get_product")
async def get_product(id: int = Query(..., description="商品编号")):
"""根据商品 id 查询商品信息。"""
cache_key = _make_product_cache_key(id)
# 1. 先查 Redis 缓存
try:
cached = redis_client.get(cache_key)
if cached is not None:
rows = json.loads(cached)
# 缓存命中空列表，说明数据库也没有，直接返回 404，防止缓存穿透
if not rows:
raise HTTPException(status_code=404, detail="未找到该 id 对应的商品信息")
return {"id": id, "results": rows}
except redis.RedisError:
# 缓存异常时，降级为直接查数据库
pass
try:
conn = get_connection()
with conn:
with conn.cursor() as cursor:
sql = (
"SELECT * "
"FROM products "
"WHERE id = %s"
)
cursor.execute(sql, (id,))
rows = cursor.fetchall()
except pymysql.MySQLError as exc: # 数据库连接或执行出错
detail = (
exc.args[1]
if len(exc.args) > 1
else str(exc)
)
raise HTTPException(status_code=500, detail=f"数据库错误: {detail}") from exc
if not rows:
# 数据库未命中，也写入空列表到缓存，防止穿透
try:
redis_client.setex(cache_key, 60, json.dumps([]))
except redis.RedisError:
pass
raise HTTPException(status_code=404, detail="未找到该 id 对应的商品信息")
# 查询到数据后写入缓存
try:
encoded_rows = jsonable_encoder(rows)
redis_client.setex(cache_key, 300, json.dumps(encoded_rows, ensure_ascii=False))
except (redis.RedisError, TypeError, ValueError):
# 缓存写入失败不影响接口主流程
pass
return {"id": id, "results": rows}
首先在接口请求时，一开始就构建了缓存的key，_make_product_cache_key的方法是这样的
def _make_product_cache_key(product_id: int) -> str:
"""生成商品缓存 key。"""
return f"product:{product_id}"
构建的key就是product:{product_id}，然后就先查询缓存，如果缓存命中就直接返回，未命中就查库；命中时也有个非空判断，如果是写入的空数组，表明是数据库也没有的，直接返回404，防止穿透。查询数据库就是和前面一样的逻辑了，加了个写入缓存的逻辑：redis_client.setex(cache_key, 300, json.dumps(encoded_rows, ensure_ascii=False))。当数据库也没有时，就写个空，防止穿透：redis_client.setex(cache_key, 60, json.dumps([]))，然后返回错误。
部署到线上后，https://api.jinxudong.com/fastapi/queryDetail/get_product?id=5接口有正常的返回，看下redis数据库，也有相关的product:5作为key，表明我们的更改是成功的。
要想证明我们的更改效果，就需要做压测了，
第一次压测
直接使用40的并发
ab -n 1000 -c 40 https://api.jinxudong.com/fastapi/queryDetail/get_product?id=122
Requests per second: 73.80 [#/sec] (mean)
Time per request: 542.007 [ms] (mean)
我以为这个QPS会变得非常大，才是73，而没加redis是53，我查看了redis数据库，缓存是存在的，虽然说QPS增加了，但是并不是很明显，看来影响系统的吞吐量的并不只是查询数据库，还有TCP连接，因为这个接口多了一层nginx转发，
第二次压测
这次不走nginx转发了，直接走系统的服务
ab -n 1000 -c 40 http://127.0.0.1:8012/get_product?id=122
Requests per second: 365.20 [#/sec] (mean)
Time per request: 109.528 [ms] (mean)
QPS一下子就起来了，而且平均响应时间也降低了。
两次测试结果有点出乎意料，都说redis毫秒级别的响应，但是QPS并没有指数级别的上升，看来对于小型应用，提升QPS来说，redis的作用其实并没有那么大，我的服务器宽带只有2M，费这么大劲，还不如去增加点带宽效果来的明显。
