Django - 性能優化

性能優化是 Django 應用進入生產環境後非常重要的一個環節，目的是提高應用的響應速度、處理能力以及資源使用效率。本節將介紹 Django 應用的性能優化策略和實踐。

---

課程目標

1. 瞭解性能優化的重要性與基本原則。
2. 學習如何優化數據庫查詢和視圖性能。
3. 探索緩存技術在 Django 中的應用。
4. 配置壓縮與靜態資源優化。
5. 瞭解應用監控和瓶頸分析工具。

---

課程內容

1. 性能優化基本原則

• 減少延遲：盡量減少外部請求和資源加載時間。
• 避免重複操作：使用緩存存儲經常查詢的數據。
• 分擔負載：將耗時操作交給後台處理。
• 監控性能：使用性能監控工具發現瓶頸。

---

2. 優化數據庫查詢

步驟 1：使用 QuerySet 方法

Django 提供多種查詢優化方法，例如：

• select_related 和 prefetch_related：減少查詢次數。
• only 和 defer：只獲取必要字段。
• annotate 和 aggregate：在數據庫中執行計算。

範例：

# 使用 select_related 減少多次查詢
books = Book.objects.select_related('author').all()

# 只獲取必要字段
books = Book.objects.only('title', 'author')

步驟 2：避免 N+1 查詢問題

對外鍵或多對多字段使用適當的查詢優化策略。

---

3. 視圖性能優化

步驟 1：使用裝飾器處理緩存

為視圖添加緩存：

from django.views.decorators.cache import cache_page

@cache_page(60 * 15)  # 緩存 15 分鐘
def my_view(request):
    ...

步驟 2：減少數據處理時間

避免在視圖中進行大量計算或數據處理，可以將這些操作交給後台任務（例如 Celery）。

---

4. 緩存技術

步驟 1：啟用 Django 緩存框架

在 settings.py 中配置緩存：

CACHES = {
    'default': {
        'BACKEND': 'django.core.cache.backends.redis.RedisCache',
        'LOCATION': 'redis://127.0.0.1:6379/1',
    }
}

步驟 2：使用緩存 API

手動緩存數據：

from django.core.cache import cache

# 設置緩存
cache.set('my_key', 'my_value', timeout=60)

# 獲取緩存
value = cache.get('my_key')

---

5. 靜態資源與壓縮

步驟 1：啟用 Gzip 壓縮

在 Nginx 配置中啟用 Gzip 壓縮：

gzip on;
gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;

步驟 2：使用 CDN

使用 CDN 儲存並分發靜態資源（如圖片、CSS、JS），減少伺服器負載。

步驟 3：優化靜態文件

使用工具（如 django-compressor）壓縮和合併 CSS 和 JS：

pip install django-compressor

在 settings.py 中添加：

INSTALLED_APPS += ['compressor']
STATICFILES_FINDERS += ['compressor.finders.CompressorFinder']

在模板中：

{% load compress %} {% compress css %}
<link rel="stylesheet" href="{% static 'style.css' %}" />
{% endcompress %}

---

6. 異步處理

步驟 1：使用 Celery 和 Redis

將耗時的任務（如發送郵件）交給 Celery 處理：

@shared_task
def send_email_task(email):
    # 發送郵件邏輯
    ...

步驟 2：使用 Django 的異步視圖

在支持 Django 3.1 或更高版本的項目中，可以使用異步視圖：

from django.http import JsonResponse

async def async_view(request):
    # 異步操作
    return JsonResponse({'status': 'ok'})

---

7. 性能監控與分析

工具推薦

• Django Debug Toolbar：開發階段查看 SQL 查詢和性能瓶頸。
• New Relic：生產環境性能監控。
• Sentry：錯誤跟蹤和性能分析。

安裝 Django Debug Toolbar

pip install django-debug-toolbar

在 settings.py 中：

INSTALLED_APPS += ['debug_toolbar']
MIDDLEWARE += ['debug_toolbar.middleware.DebugToolbarMiddleware']

INTERNAL_IPS = ['127.0.0.1']

---

課堂練習

1. 優化 Day 7 的 Blog 系統：
   • 減少視圖中的數據庫查詢次數。
   • 使用緩存存儲熱門文章。
2. 為靜態資源啟用 Gzip 壓縮和 CDN 儲存。

---

作業

1. 使用 Celery 為 Blog 系統添加訂閱通知功能。
2. 嘗試在生產環境中配置 Redis 緩存並測試效果。
3. 使用性能監控工具分析應用的瓶頸並撰寫優化報告。

---