[Python] Redis v.s Mysql 查詢實作

第一次接觸 Redis 時，是工作上需要撈取後端同事儲存在上面的資料，當時天真的我都覺得為什麼資料不全部放在資料庫(Mysql, MariaDB)就好？這樣我都去同一個資料源撈就好ＸＤ

事實上，後端在開發時會儲存許多不同類型的資料，並不是所有的資料都適合儲存在資料庫中（疑？那不然要存在哪裡？），依照不同的使用場景會儲存在不同的地方，redis 就是其中一個地方～

使用場景

讓我們簡單想像一個情境，假設現在後端開發一個「登入系統」，就是我們最常見的讓使用者輸入「帳號」及「密碼」、做一個登入的動作！
那可想而知一定要有個地方去儲存使用者帳號對應的密碼，所以我們先簡單地都放進 mysql 資料庫吧～

再多想一步

把所有帳號密碼都丟進資料庫這樣真的好嗎？假設今天這個系統有很多使用者、而且大家都頻繁地上線登入，這樣就代表資料庫會被頻繁地查詢。如果帳號一多，資料庫一定會被查到炸掉，所以這樣是不行滴～

Redis cache 的妙用

為什麼資料庫頻繁地被查會炸掉呢？其實資料庫儲存結構是在電腦「硬碟」上，除了搜尋資料速度比較慢之外、頻繁地去硬碟掃資料也容易造成鎖死lock 的情形，而 redis 的 cache快取 儲存方式就恰恰解決了這個問題。

快取簡單的想像就是將資料儲存在電腦「記憶體」中，如果資料是頻繁要去查詢的，存在記憶體中可以讓電腦快速地找到。更白話一點就是如果這些資料是 已經 查詢過的，就先把它們保留在一個小角落，等到有新的請求是要求看已經查詢過的資料，就可以用極快的速度從小角落拿出來、而不用再去倉庫(資料庫)中翻箱倒櫃重新找出來一次。

這個小角落，其實就是 Redis 啦～～

實作情境

今天我們一樣來寫個 python 程式模擬登入系統：現在有許多使用者輸入了「帳號」，而網站收到了帳號會去尋找對應的「密碼」，步驟如下：

1. 先嘗試從 redis 拿取密碼Ｘ。如果找到密碼就回傳值。
2. 如果 步驟1 拿不到密碼，就去 mysql 裡面找。如果找到密碼 X 就在回傳後、寫一筆到 redis 中;
3. 如果 步驟2 在 mysql 也找不到密碼，就寫一筆到 mysql 中、並同時也寫一筆到 redis 中，最後回傳密碼。

感覺上很複雜，簡單想就是不管怎樣查資料一定會先從 redis 查，如果查不到才會去 mysql 查。如果連 mysql 都查不到代表一開始沒有建檔，所以要寫一筆進去 mysql 中，中間查詢的過程也都會另外寫一筆到 redis 做快速查詢。

準備工作

首先我們需要安裝好 Redis 與 Mysql，macOS 可以簡單使用 HomeBrew 安裝就好，今天重點先擺在 python實作部分，詳細安裝可自行google關鍵字：「安裝 mysql redis」，都有很多詳細資訊～

安裝好 mysql 後，我們先進入 mysql server 後，並在 localhost 建立一個 database： test，然後建立一張表 tb_user 專門用來記錄帳號密碼表。可參考以下程式碼：

小～小～的背景知識

或許你又會想問：「咦我們現在又沒有真正的使用者申請，怎麼做到模擬的密碼？」，這篇因為只是要模擬而已，假設我有100個使用者，那我就會隨機在 1-100 之間挑一個數當作帳號，然後把該帳號輸入 sha-256雜湊函數，將函數輸出的值當作密碼。
有在接觸區塊鏈的讀者應該不陌生，沒聽過的讀者也不用緊張，可以把它想像成是一個輸入字串、最後輸出會是長度32的字串，而且是一對一的關係，就很像「帳號」對應「密碼」的關係～
例如我輸入一個字串"a"，sha256就會吐一個字串"0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661"，其他輸入字串都不可能得到跟字串"a"一樣的結果。python 中有 hashlib 這個函式可以操作，大家可以先參考下面的程式碼玩玩看：

# 字串 "a" 輸出結果
0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661

正式開始

首先

我們先使用 python 連入本地端的 redis 與 mysql：

再來我們寫一個計時器，當作之後函數運行的 decorator ，讓我們可以對函數的運行進行計時，方便之後做運行速度的比較～

模擬 redis + mysql 查詢

進入重頭戲，我們來實作上面一開始所說的，先使用 redis 當快取緩存、如果查不到資料再去 mysql 裡面查詢。
一開始的參數設定，我預設有 100 位使用者 、並且 隨機重複查詢 10000 次 ，另外在一開始會先把 redis 與 mysql 的資料做清除，為了測試的公平性～

模擬只用 mysql 查詢

對照組我們就每次查詢都只去 mysql 查詢，如果沒有查到就在 mysql 寫一筆：

速度運行大PK

程式碼都刻完，現在我們寫一個腳本來呼叫函數執行吧～
用肉眼看好像 redis + mysql 的程式碼複雜許多，到底誰會比較快呢？

執行腳本的結果：

我們發現，搭配 redis 的速度快上許多，尤其是如果短時間隨機查詢到了 100000 次時，如果只用 mysql 查詢竟然要超過一分鐘。這個如果是大型網站，絕對會被使用者靠北到不行ＸＤ

詳細的程式碼一樣放在我的 github，有興趣的讀者可以自行下載玩玩看

延伸閱讀

細心的讀者會發現也想問的是：「奇怪一開始在 mysql 建的表中，其實有在 account 上面打 index索引，那為什麼查詢還是會慢呢？」

這其實牽涉到資料結構的問題，在 mysql 資料庫中索引的結構式使用 B+ tree，假設現在帳號資料有 n 筆，那查詢的時間複雜度是 O(logn)。

但是在 redis 中因為是 key-value 的儲存方式，因使不管資料筆數多少、查詢的時間複雜度都是 O(1)。可想而知若能適時地將一些 熱資料 存進 redis、把 冷資料 存進 mysql 中，將會增加不少查詢的效率。