fast-cache-middleware 0.0.3

Интеллектуальное middleware для кеширования ответов FastAPI

FastCacheMiddleware

🚀 Высокопроизводительный ASGI middleware для кеширования с резолюцией роутов

✨ Основные особенности

FastCacheMiddleware использует подход с резолюцией роутов - анализирует роуты приложения на старте и извлекает кеш конфигурации из FastAPI dependencies.

🔧 Как это работает

1. При старте приложения:

   • Middleware анализирует все роуты и их dependencies
   • Извлекает CacheConfig и CacheDropConfig из dependencies
   • Создает внутренний индекс роутов с конфигурациями кеширования

2. При обработке запроса:

   • Проверяет HTTP метод (кешируем только GET, инвалидируем для POST/PUT/DELETE)
   • Находит соответствующий роут по пути и методу
   • Извлекает кеш конфигурацию из предварительно проанализированных dependencies
   • Выполняет кеширование или инвалидацию согласно конфигурации

💡 Преимущества

• ⚡ Высокая производительность - предварительный анализ роутов
• 🎯 Простая интеграция - стандартные FastAPI dependencies
• 🔧 Гибкая настройка - кастомные функции ключей, TTL на уровне роутов
• 🛡️ Автоматическая инвалидация - инвалидация кеша при модифицирующих запросах
• 📊 Минимальные накладные расходы - эффективная работа с большим количеством роутов

📦 Установка

pip install fast-cache-middleware

🎯 Быстрый старт

from fastapi import FastAPI, Depends
from fast_cache_middleware import FastCacheMiddleware, CacheConfig, CacheDropConfig

app = FastAPI()

# Добавляем middleware - он автоматически анализирует роуты
app.add_middleware(FastCacheMiddleware)

# Функции для создания кеш конфигураций
def cache_5min() -> CacheConfig:
    return CacheConfig(max_age=300)  # 5 минут

def cache_with_custom_key() -> CacheConfig:
    def custom_key_func(request):
        user_id = request.headers.get("user-id", "anonymous")
        return f"{request.url.path}:user:{user_id}"
    
    return CacheConfig(max_age=60, key_func=custom_key_func)

def invalidate_users() -> CacheDropConfig:
    return CacheDropConfig(paths=["/users/*", "/api/users/*"])

# Роуты с кешированием
@app.get("/users/{user_id}", dependencies=[Depends(cache_5min)])
async def get_user(user_id: int):
    """Этот endpoint кешируется на 5 минут."""
    # Имитируем загрузку из БД
    return {"user_id": user_id, "name": f"User {user_id}"}

@app.get("/profile", dependencies=[Depends(cache_with_custom_key)])
async def get_profile():
    """Кеширование с персонализированным ключом."""
    return {"profile": "user profile data"}

# Роуты с инвалидацией кеша
@app.post("/users/{user_id}", dependencies=[Depends(invalidate_users)])
async def update_user(user_id: int, data: dict):
    """POST запрос инвалидирует кеш для всех /users/* путей."""
    return {"user_id": user_id, "status": "updated"}

🔧 Конфигурация

CacheConfig

Настройка кеширования для GET запросов:

from fast_cache_middleware import CacheConfig

# Простое кеширование
def simple_cache() -> CacheConfig:
    return CacheConfig(max_age=300)  # 5 минут

# С кастомной функцией ключа
def personalized_cache() -> CacheConfig:
    def key_func(request):
        user_id = request.headers.get("user-id", "anonymous")
        path = request.url.path
        query = str(request.query_params)
        return f"{path}:{user_id}:{query}"
    
    return CacheConfig(
        max_age=600,  # 10 минут
        key_func=key_func
    )

@app.get("/api/data", dependencies=[Depends(personalized_cache)])
async def get_data():
    return {"data": "personalized response"}

CacheDropConfig

Настройка инвалидации кеша для модифицирующих запросов:

from fast_cache_middleware import CacheDropConfig

def invalidate_multiple_paths() -> CacheDropConfig:
    return CacheDropConfig(paths=[
        "/users/*",      # Все пути пользователей
        "/api/users/*",  # API пользователей
        "/cache/users/*" # Кеш пользователей
    ])

@app.post("/users/{user_id}")
@app.put("/users/{user_id}")
@app.delete("/users/{user_id}")
async def modify_user(user_id: int):
    """Любой из этих запросов инвалидирует кеш."""
    return {"message": "User modified"}

🏗️ Архитектура

Компоненты системы

FastCacheMiddleware
├── RouteInfo           # Информация о роуте с кеш конфигурацией
├── Controller          # Логика кеширования и валидации
├── Storage             # Хранилища (InMemory, Redis, и др.)
├── Serializers         # Сериализация кешированных данных
└── Dependencies        # FastAPI dependencies для конфигурации

Поток обработки запроса

graph TD
    A[HTTP Request] --> B{Анализ роутов выполнен?}
    B -->|Нет| C[Анализировать роуты приложения]
    C --> D[Сохранить конфигурации роутов]
    B -->|Да| E{Метод поддерживает кеширование?}
    D --> E
    E -->|Нет| F[Передать в приложение]
    E -->|Да| G[Найти соответствующий роут]
    G --> H{Роут найден?}
    H -->|Нет| F
    H -->|Да| I{GET запрос + CacheConfig?}
    I -->|Да| J[Проверить кеш]
    J --> K{Кеш найден?}
    K -->|Да| L[Вернуть из кеша]
    K -->|Нет| M[Выполнить запрос + сохранить в кеш]
    I -->|Нет| N{POST/PUT/DELETE + CacheDropConfig?}
    N -->|Да| O[Инвалидировать кеш]
    N -->|Нет| F
    O --> F
    M --> P[Вернуть ответ]

🎛️ Хранилища

InMemoryStorage (по умолчанию)

from fast_cache_middleware import FastCacheMiddleware, InMemoryStorage

storage = InMemoryStorage(
    max_size=1000,           # Максимум записей
    cleanup_interval=3600    # Очистка каждый час
)
app.add_middleware(FastCacheMiddleware, storage=storage)

Кастомное хранилище

from fast_cache_middleware import BaseStorage

class RedisStorage(BaseStorage):
    def __init__(self, redis_url: str):
        import redis
        self.redis = redis.from_url(redis_url)
    
    async def store(self, key: str, response, request, metadata):
        # Реализация сохранения в Redis
        pass
    
    async def retrieve(self, key: str):
        # Реализация извлечения из Redis
        pass

app.add_middleware(FastCacheMiddleware, storage=RedisStorage("redis://localhost"))

🧪 Тестирование

import pytest
from httpx import AsyncClient
from examples.basic import app

@pytest.mark.asyncio
async def test_caching():
    async with AsyncClient(app=app, base_url="http://test") as client:
        # Первый запрос - cache miss
        response1 = await client.get("/users/1")
        assert response1.status_code == 200
        
        # Второй запрос - cache hit (должен быть быстрее)
        response2 = await client.get("/users/1")
        assert response2.status_code == 200
        assert response1.json() == response2.json()

@pytest.mark.asyncio  
async def test_cache_invalidation():
    async with AsyncClient(app=app, base_url="http://test") as client:
        # Кешируем данные
        await client.get("/users/1")
        
        # Инвалидируем кеш
        await client.post("/users/1", json={})
        
        # Следующий GET должен выполнить новый запрос
        response = await client.get("/users/1")
        assert response.status_code == 200

📊 Производительность

Бенчмарки

• Анализ роутов: ~5ms для 100 роутов при старте
• Поиск роута: ~0.1ms на запрос (O(n) по количеству кешируемых роутов)
• Cache hit: ~1ms на запрос
• Cache miss: время оригинального запроса + ~2ms на сохранение

Оптимизация

# Для приложений с большим количеством роутов
app.add_middleware(
    FastCacheMiddleware,
    storage=InMemoryStorage(max_size=10000),  # Увеличить размер кеша
    controller=Controller(default_ttl=3600)   # Увеличить TTL по умолчанию
)

🔒 Безопасность

Изоляция кеша

def user_specific_cache() -> CacheConfig:
    def secure_key_func(request):
        # Включаем токен пользователя в ключ
        token = request.headers.get("authorization", "").split(" ")[-1]
        return f"{request.url.path}:token:{token}"
    
    return CacheConfig(max_age=300, key_func=secure_key_func)

@app.get("/private/data", dependencies=[Depends(user_specific_cache)])
async def get_private_data():
    return {"sensitive": "data"}

Валидация заголовков

Middleware автоматически учитывает стандартные HTTP заголовки кеширования:

• Cache-Control: no-cache - пропуск кеша
• Cache-Control: no-store - запрет кеширования
• If-None-Match - проверка ETag
• If-Modified-Since - проверка времени модификации

🛠️ Продвинутое использование

Кастомный Controller

from fast_cache_middleware import Controller

class CustomController(Controller):
    async def should_cache_request(self, request):
        # Кастомная логика - не кешируем админские запросы
        if request.headers.get("x-admin-request"):
            return False
        return await super().should_cache_request(request)
    
    async def generate_cache_key(self, request):
        # Добавляем версию API в ключ
        version = request.headers.get("api-version", "v1")
        base_key = await super().generate_cache_key(request)
        return f"{version}:{base_key}"

app.add_middleware(
    FastCacheMiddleware,
    controller=CustomController()
)

Мониторинг

@app.get("/admin/cache/stats")
async def cache_stats():
    # В production здесь будет реальная статистика из storage
    return {
        "total_routes": len(app.routes),
        "cached_routes": "статистика по кешируемым роутам",
        "cache_hit_rate": "процент попаданий в кеш",
        "storage_size": "размер хранилища"
    }

📝 Примеры

Больше примеров в папке examples/:

• basic.py - базовое использование с FastAPI
• advanced.py - продвинутые сценарии
• custom_storage.py - интеграция с Redis/Memcached
• monitoring.py - мониторинг и метрики

🤝 Участие в разработке

git clone https://github.com/your-username/fast-cache-middleware
cd fast-cache-middleware
pip install -e ".[dev]"
pytest

📄 Лицензия

MIT License - см. LICENSE

---

⭐ Нравится проект? Поставьте звездочку!

🐛 Нашли баг? Создайте issue

💡 Есть идея? Предложите feature