CyberDB，一个基于 Python 字典和列表的内存数据库。

概括

CyberDB 是一个轻量级的 Python 内存数据库。它旨在利用 Python 内置数据结构字典、列表作数据存储，通过 TCP 套接字高效通信，并提供了数据持久化。该数据库的亮点在于它使用了 Pythonic 的方式编程，你可以像使用字典和列表一样使用 CyberDB。

现在我们把 CyberDB 带到能发挥其作用的地方，在生产环境中将 CyberDB 作为 Flask 的内存数据库，使用 Gunicorn 运行，并实现多进程间的通信。

这篇文章通过一个尽可能精简的 Flask 实例讲解，不会涉及复杂的 Web 知识。核心思路为 CyberDB + Gunicorn + Gevent + Flask(多进程 + 协程)，启动一个 CyberDB 服务器，使用 Gunicorn 多进程运行 Flask 实例，每个进程的实例通过 Gevent 运行，进程中使用 CyberDB 客户端连接至内存数据库，由此实现对 CyberDB 数据库的高并发访问。

源码解析

文章使用 PyPy 运行，同样适用 CPython。

运行环境: Debian 10, Python 3.8.12, PyPy 7.3.7

此项目的目录结构

.    ├── app.py    ├── cyberdb_init.py    ├── cyberdb_serve.py    ├── requirements.txt    └── venv

我们通过列举每个文件的内容顺序讲解 CyberDB 的核心操作。

文件 requirements.txt

CyberDB>=0.7.1    Flask==2.1.1    gevent==21.12.0    gunicorn==20.1.0

这是此项目的依赖。这篇文章不是 Python 基础教程，如果你不清楚，请查询相关文档创建虚拟环境 venv 目录并安装 requirements.txt 中的依赖。

生成 venv 目录并安装好依赖后，下面所有操作都在激活的虚拟环境中运行。

文件 cyberdb_init.py

功能：初始化 CyberDB 的表结构，只在第一次运行时使用，后续不再使用。

import time    import cyberdb    db = cyberdb.Server()    # 配置 CyberDB 服务端的 地址、端口、密码。    db.start(host="127.0.0.1", port=9980, password="123456")    # 待服务端启动后，连接 CyberDB 服务端。    time.sleep(3)    client = cyberdb.connect(host="127.0.0.1", port=9980, password="123456")    # 生成 proxy 对象。    with client.get_proxy() as proxy:        # 创建类型为 CyberDict 的表 centre，并初始化内容。        proxy.create_cyberdict("centre")        centre = proxy.get_cyberdict("centre")        centre["content"] = "Hello CyberDB!"    # 将 CyberDB 保存至 data.cdb 。    db.save_db("data.cdb")

在项目根目录执行

python cyberdb_init.py

以完成 CyberDB 数据库表的初始化。

它会在 CyberDB 中创建了一个名为 centre、类型为 CyberDict 的表;初始化 content 键的值为 Hello CyberDB!;最后将 CyberDB 数据库保存至硬盘(在项目根目录生成了名为 data.cdb 的文件)。

文件 cyberdb_serve.py

功能：运行 CyberDB 服务端。

import cyberdb    def main():        # 后台运行 CyberDB 服务端，设置相关信息。        db = cyberdb.Server()        # 从硬盘读取 data.cdb 至 CyberDB。        db.load_db("data.cdb")        # 每 300 秒备份一次数据库。        db.set_backup("data.cdb", cycle=300)        db.run(            host="127.0.0.1", # TCP 运行地址            port=9980, # TCP 监听端口            password="hWjYvVdqRC", # 数据库连接密码            max_con=10000, # 最大并发数            encrypt=True, # 加密通信            print_log=False # 不打印日志        )    if __name__ == "__main__":        main()

在项目根目录执行

python cyberdb_serve.py

以运行 CyberDB 服务端。

此处设置了 encrypt=True ，CyberDB 会将 TCP 通信内容使用 AES-256 算法加密。开启 encrypt=True 后，CyberDB 仅允许白名单中的 IP 通信，默认白名单为 ["127.0.0.1"](查看白名单 设置方法)。一般，若只需在本地进程间通信，无需开启 encrypt=True 和设置白名单，只有远程通信时需要此操作。

文件 app.py

功能：运行 Flask 实例和 CyberDB 客户端。

import cyberdb    from flask import Flask, g    # 连接 CyberDB 并生成客户端实例。    client = cyberdb.connect(        host="127.0.0.1",         port=9980,         password="hWjYvVdqRC",        # 服务端若加密，客户端必须加密，反之亦然。        encrypt=True,        # 每个连接若超过900秒无操作，将舍弃该连接。        # 连接由连接池智能管理，无需关注细节。        time_out=900    )    # 创建 Flask 实例，此部分请参考     # Flask 文档 https://flask.palletsprojects.com/    app = Flask(__name__)    @app.before_request    def before_request():        # 每次请求执行前生成 proxy 对象。        g.proxy = client.get_proxy()        # 从连接池获取连接。        g.proxy.connect()    @app.get("/")    def hello_world():        # 从数据库获取 centre 表。        centre = g.proxy.get_cyberdict("centre")                return {            "code": 1,            "content": centre["content"]        }    @app.teardown_request    def teardown_request(error):        # 每次请求执行后归还连接至连接池。        g.proxy.close()    if __name__ == "__main__":        app.run(host="127.0.0.1", port=8000)

该模块会在每次请求执行前(before_request())使用 client.get_proxy() 获取 proxy 对象，每个获取的 proxy 对象可以绑定一个 TCP 连接，此处使用 proxy.connect() 从连接池获取连接。视图函数 hello_world() 中，由 proxy 获取的对象 centre，与 proxy 共用同一个连接，proxy 的连接释放后，centre 也会失去连接。在每次请求后(teardown_request())使用 proxy.close() 方法释放 proxy 绑定的连接，归还至连接池。

cyberdb.connect 的 time_out 参数表示连接池中每个连接的超时时间，此处每个连接超过 900 秒无操作将被舍弃。若不设置该参数，连接池的每个连接会维持到失效为止。

使用 Gunicorn 运行 Flask 实例

Gunicorn 是一个用于 UNIX 的 Python WSGI HTTP 服务器，通常在生产环境使用，可以利用多核 CPU 。

Gevent 是一个基于协程的 Python 网络库。Gevent 会更改 CyberDB 客户端的底层套接字通信，使之支持协程。

在项目根目录运行

gunicorn -w 4 -b 127.0.0.1:8000 -k gevent app:app

使用 4 进程、Gevent 启动 Flask 实例。

浏览器访问 127.0.0.1:8000 ，得到如下响应：

{"code":1,"content":"Hello CyberDB!"}

参考信息

CyberDB 源码: https://github.com/Cyberbolt/CyberDB

总结

通过此例，你可以把 CyberDB 部署到更复杂的 Web 环境中，充分享受内存的低延迟特性。CyberDB 的核心是以 Pythonic 的方式编程，你可以在任何 Python 代码中将 CyberDB 作为内存数据库。

作者简介：

Cyberbolt：一个自由的 Python 开发者。

关键词： 虚拟环境 生产环境 数据存储 数据结构 连接释放