充分利用ASP.NET的三種緩存提高站點性能

[簡介]

ASP.NET提供三種主要形式的緩存：頁麵級輸出緩存、用戶控件級輸出緩存（或稱為片段緩存）和緩存API。輸出緩存和片段緩存的優點是非常易於實現，在大多數情況下，使用這兩種緩存就足夠了。而緩存API則提供了額外的靈活性（實際上是相當大的靈活性），可用於在應用程序的每一層利用緩存。本文全麵介紹了這三種緩存技術在係統各層中的應用。

在ASP.NET提供的許多特性中，緩存支持無疑是我最欣賞的特性，我這樣說當然是有充分理由的。相比ASP.NET的所有其他特性，緩存對應用程序的性能具有最大的潛在影響，利用緩存和其他機製，ASP.NET開發人員可以接受使用開銷很大的控件（例如，DataGrid）構建站點時的額外開銷，而不必擔心性能會受到太大的影響。為了在應用程序中最大程度地利用緩存，您應該考慮在所有程序級別上都實現緩存的方法。

Steve的緩存提示

盡早緩存；經常緩存

您應該在應用程序的每一層都實現緩存。向數據層、業務邏輯層、UI或輸出層添加緩存支持。內存現在非常便宜-因此，通過以智能的方式在整個應用程序中實現緩存，可以獲得很大的性能提高。

緩存可以防止許多過失

緩存是一種無需大量時間和分析就可以獲得“足夠良好的”性能的方法。這裏再次強調，內存現在非常便宜，因此，如果您能通過將輸出緩存30秒，而不是花上一整天甚至一周的時間嚐試優化代碼或數據庫就可以獲得所需的性能，您肯定會選擇緩存解決方案（假設可以接受30秒的舊數據）。緩存正是那些利用20%付出獲得80%回報的特性之一，因此，要提高性能，應該首先想到緩存。不過，如果設計很糟糕，最終卻有可能帶來不良的後果，因此，您當然也應該盡量正確地設計應用程序。但如果您隻是需要立即獲得足夠高的性能，緩存就是您的最佳選擇，您可以在以後有時間的時候再重新設計應用程序。

頁麵級輸出緩存

作為最簡單的緩存形式，輸出緩存隻是在內存中保留為響應請求而發送的HTML的副本。其後再有請求時將提供緩存的輸出，直到緩存到期，這樣，性能有可能得到很大的提高（取決於需要多少開銷來創建原始頁麵輸出-發送緩存的輸出總是很快，並且比較穩定）。

實現

要實現頁麵輸出緩存，隻要將一條OutputCache指令添加到頁麵即可。

<%@OutputCacheDuration="60"VaryByParam="*"%>

如同其他頁麵指令一樣，該指令應該出現在ASPX頁麵的頂部，即在任何輸出之前。它支持五個屬性（或參數），其中兩個是必需的。

Duration必需屬性。頁麵應該被緩存的時間，以秒為單位。必須是正整數。

Location指定應該對輸出進行緩存的位置。如果要指定該參數，則必須是下列選項之一：Any、Client、Downstream、None、Server或ServerAndClient。

VaryByParam必需屬性。Request中變量的名稱，這些變量名應該產生單獨的緩存條目。“none”表示沒有變動。“*”可用於為每個不同的變量數組創建新的緩存條目。變量之間用“;”進行分隔。

VaryByHeader基於指定的標頭中的變動改變緩存條目。

VaryByCustom允許在global.asax中指定自定義變動（例如，“Browser”）。

利用必需的Duration和VaryByParam選項的組合可以處理大多數情況。例如，如果您的產品目錄允許用戶基於categoryID和頁變量查看目錄頁，您可以用參數值為“categoryID;page”的VaryByParam將產品目錄緩存一段時間（如果產品不是隨時都在改變，一小時還是可以接受的，因此，持續時間是3600秒）。這將為每個種類的每個目錄頁創建單獨的緩存條目。每個條目從其第一個請求算起將維持一個小時。
VaryByHeader和VaryByCustom主要用於根據訪問頁麵的客戶端對頁麵的外觀或內容進行自定義。同一個URL可能需要同時為瀏覽器和移動電話客戶端呈現輸出，因此，需要針對不同的客戶端緩存不同的內容版本。或者，頁麵有可能已經針對IE進行了優化，針對Netscape或Opera則應取消這種優化功能。後一個例子非常普遍，我們將提供一個說明如何實現此目標的示例：

示例：VaryByCustom用於支持瀏覽器自定義

為了使每個瀏覽器都具有單獨的緩存條目，VaryByCustom的值可以設置為“browser”。此功能已經內置在緩存模塊中，並且將針對每個瀏覽器名稱和主要版本插入單獨的頁麵緩存版本。

<%@OutputCacheDuration="60"VaryByParam="None"VaryByCustom="browser"%>

片段緩存，用戶控件輸出緩存

緩存整個頁麵通常並不可行，因為頁麵的某些部分是針對用戶定製的。不過，頁麵的其他部分是整個應用程序共有的。這些部分最適合使用片段緩存和用戶控件進行緩存。此外，菜單和其他布局元素，尤其是那些從數據源動態生成的元素，也可以用這種方法進行緩存。

如果需要，可以按以下條件選擇需要緩存的控件：

（1）某控件的屬性已改變

（2）由頁麵級輸出緩存所支持的任何一種頁麵或控件狀態改變

一旦對某些控件進行了緩存，使用它們的幾百個頁麵就可以共享這些控件，而不再需要為每個頁麵保留單獨的控件緩存版本。

實現

片段緩存使用的語法與頁麵級輸出緩存一樣，但其應用於用戶控件（.ascx文件）而不是Web窗體（.aspx文件）。除了Location屬性，對於OutputCache在Web窗體上支持的所有屬性，用戶控件也同樣支持。用戶控件還支持名為VaryByControl的OutputCache屬性，該屬性將根據用戶控件（通常是頁麵上的控件，例如，DropDownList）的成員的值改變該控件的緩存。如果指定了VaryByControl，可以省略VaryByParam。最後，在默認情況下，對每個頁麵上的每個用戶控件都單獨進行緩存。不過，如果一個用戶控件不隨應用程序中的頁麵改變，並且在所有頁麵都使用相同的名稱，則可以設置參數Shared的值為“true”，該參數將使用戶控件的緩存版本供引用該控件的所有頁麵使用。

示例

<%@OutputCacheDuration="60"VaryByParam="*"%>

該示例將緩存用戶控件60秒，並且將針對查詢字符串的每個變動、針對此控件所在的每個頁麵創建單獨的緩存條目。

<%@OutputCacheDuration="60"VaryByParam="none"
VaryByControl="CategoryDropDownList"%>

該示例將緩存用戶控件60秒，並且將針對CategoryDrop

DownList控件的每個不同的值、針對此控件所在的每個頁麵創建單獨的緩存條目。

<%@OutputCacheDuration="60"VaryByParam="none"VaryByCustom="browser"
Shared="true"%>

最後，該示例將緩存用戶控件60秒，並且將針對每個瀏覽器名稱和主要版本創建一個緩存條目。然後，每個瀏覽器的緩存條目將由引用此用戶控件的所有頁麵共享（隻要所有頁麵都用相同的ID引用該控件即可）。

緩存API，使用Cache對象

頁麵級和用戶控件級輸出緩存的確是一種可以迅速而簡便地提高站點性能的方法，但是在ASP.NET中，緩存的真正靈活性和強大功能是通過Cache對象提供的。使用Cache對象，您可以存儲任何可序列化的數據對象，基於一個或多個依賴項的組合來控製緩存條目到期的方式。這些依賴項可以包括自從某對象被緩存後經過的時間、自從某對象上次被訪問後經過的時間、對文件或文件夾的更改以及對其他緩存對象的更改，在略作處理後還可以包括對數據庫中特定表的更改。

在Cache中存儲數據

在Cache中存儲數據的最簡單的方法就是使用一個鍵為其賦值，就像HashTable或Dictionary對象一樣：

Cache["key"]="value";

這種做法將在緩存中存儲項，同時不帶任何依賴項，因此它不會到期，除非緩存引擎為了給其他緩存數據提供空間而將其刪除。要包括特定的緩存依賴項，可使用Add()或Insert()方法。其中每個方法都有幾個重載。Add()和Insert()之間的唯一區別是，Add()返回對已緩存對象的引用，而Insert()沒有返回值（在C#中為空，在VB中為Sub）。

示例

Cache.Insert("key",myXMLFileData,new
System.Web.Caching.CacheDependency(Server.MapPath("users.xml")));

該示例可將文件中的xml數據插入緩存，無需在以後請求時從文件讀取。CacheDependency的作用是確保緩存在文件更改後立即到期，以便可以從文件中提取最新數據，重新進行緩存。如果緩存的數據來自若幹個文件，還可以指定一個文件名的數組。

Cache.Insert("dependentkey",myDependentData,new
System.Web.Caching.CacheDependency(newstring[]{},newstring[]
{"key"}));

該示例可插入鍵值為“key”的第二個數據塊（取決於是否存在第一個數據塊）。如果緩存中不存在名為“key”的鍵，或者如果與該鍵相關聯的對象已到期或被更新，則“dependentkey”的緩存條目將到期。

Cache.Insert("key",myTimeSensitiveData,null,
DateTime.Now.AddMinutes(1),TimeSpan.Zero);

絕對到期：此示例將對受時間影響的數據緩存一分鍾，一分鍾過後，緩存將到期。注意，絕對到期和滾動到期（見下文）不能一起使用。

Cache.Insert("key",myFrequentlyAccessedData,null,
System.Web.Caching.Cache.NoAbsoluteExpiration,
TimeSpan.FromMinutes(1));

動態滾動到期：此示例將緩存一些頻繁使用的數據。數據將在緩存中一直保留下去，除非數據未被引用的時間達到了一分鍾。注意，動態滾動到期和絕對到期不能一起使用。

更多選項

除了上麵提到的依賴項，我們還可以指定項的優先級（依次為low、high、NotRemovable，它們是在System.Web.Caching.CacheItemPriority枚舉中定義的）以及當緩存中的對象到期時調用的CacheItemRemovedCallback函數。大多數時候，默認的優先級已經足夠了-緩存引擎可以正常完成任務並處理緩存的內存管理。CacheItemRemovedCallback選項考慮到一些很有趣的可能性，但實際上它很少使用。不過，為了說明該方法，我將提供它的一個使用示例：

CacheItemRemovedCallback示例

System.Web.Caching.CacheItemRemovedCallbackcallback=newSystem.Web.Caching.CacheItemRemovedCallback(OnRemove);
Cache.Insert("key",myFile,null,
　System.Web.Caching.Cache.NoAbsoluteExpiration,
　TimeSpan.Zero,
　System.Web.Caching.CacheItemPriority.Default,callback);
...
publicstaticvoidOnRemove(stringkey,objectcacheItem,
　System.Web.Caching.CacheItemRemovedReasonreason)
{
　AppendLog("Thecachedvaluewithkey'"+key+
"'wasremovedfromthecache.Reason:"+
　reason.ToString());
}

該示例將使用AppendLog()方法中定義的任何邏輯來記錄緩存中的數據到期的原因。通過在從緩存中刪除項時記錄這些項並記錄刪除的原因，您可以確定是否在有效地使用緩存或者您是否可能需要增加服務器上的內存。注意，callback是一個靜態（在VB中為Shared）方法，建議使用該方法的原因是，如果不使用它，保存回調函數的類的實例將保留在內存中，以支持回調（對static/Shared方法則沒有必要）。

該特性有一個潛在的用處-在後台刷新緩存的數據，這樣用戶永遠都不必等待數據被填充，但數據始終保持相對較新的狀態。但實際上，此特性並不適用於當前版本的緩存API，因為在從緩存中刪除緩存的項之前，不觸發或不完成回調。因此，用戶將頻繁地發出嚐試訪問緩存值的請求，然後發現緩存值為空，不得不等待緩存值的重新填充。我希望在未來的ASP.NET版本中看到一個附加的回調，可以稱為CachedItemExpiredBut

NotRemovedCallback，如果定義了該回調，則必須在刪除緩存項之前完成執行。

緩存數據引用模式

每當我們嚐試訪問緩存中的數據時，都應該考慮到一種情況，那就是數據可能已經不在緩存中了。因此，下麵的模式應該普遍適用於您對緩存的數據的訪問。在這種情況下，我們假定已緩存的數據是一個數據表。

publicDataTableGetCustomers(boolBypassCache)
{
　stringcacheKey="CustomersDataTable";
　objectcacheItem=Cache[cacheKey]asDataTable;
　if((BypassCache)||(cacheItem==null))
　{
cacheItem=GetCustomersFromDataSource();
Cache.Insert(cacheKey,cacheItem,null,
DateTime.Now.AddSeconds(GetCacheSecondsFromConfig(cacheKey),TimeSpan.Zero);
　}
　return(DataTable)cacheItem;
}

關於此模式，有以下幾點需要注意：

1)某些值（例如，cacheKey、cacheItem和緩存持續時間）是一次定義的，並且隻定義一次。

2)可以根據需要跳過緩存-例如，當注冊一個新客戶並重定向到客戶列表後，最好的做法可能就是跳過緩存，用最新數據重新填充緩存，該數據包括新插入的客戶。

3)緩存隻能訪問一次。這種做法可以提高性能，並確保不會發生NullReferenceExceptions，因為該項在第一次被檢查時是存在的，但第二次檢查之前就已經到期了。

4)該模式使用強類型檢查。C#中的“as”運算符嚐試將對象轉換為類型，如果失敗或該對象為空，則隻返回null（空）。

5)持續時間存儲在配置文件中。在理想的情況下，所有的緩存依賴項（無論是基於文件的，或是基於時間的，還是其他類型的依賴項）都應該存儲在配置文件中，這樣就可以進行更改並輕鬆地測量性能。我還建議您指定默認緩存持續時間，而且，如果沒有為所使用的cacheKey指定持續時間，就讓GetCacheSecondsFromConfig()方法使用該默認持續時間。

與本文相關的代碼示例（CachedDemo.msi，參見本書示例光盤）是一個helper類，它將處理上述所有情況，可以隻書寫一行或兩行代碼訪問緩存的數據。

小結

緩存可以使應用程序的性能得到很大的提高，因此在設計應用程序以及對應用程序進行性能測試時應該予以考慮。應用程序總會或多或少地受益於緩存，當然有些應用程序比其他應用程序更適合使用緩存。對ASP.NET提供的緩存選項的深刻理解是任何ASP.NET開發人員應該掌握的重要技巧。