谈谈在.NET Core中使用Redis和Memcached的序列化问题

前言

在使用分布式缓存的时候，都不可避免的要做这样一步操作，将数据序列化后再存储到缓存中去。

序列化这一操作，或许是显式的，或许是隐式的，这个取决于使用的package是否有帮我们做这样一件事。

本文会拿在.NET Core环境下使用Redis和Memcached来当例子说明，其中，Redis主要是用StackExchange.Redis，Memcached主要是用EnyimMemcachedCore。

先来看看一些我们常用的序列化方法。

常见的序列化方法

或许，比较常见的做法就是将一个对象序列化成byte数组，然后用这个数组和缓存服务器进行交互。

关于序列化，业界有不少算法，这些算法在某种意义上表现的结果就是速度和体积这两个问题。

其实当操作分布式缓存的时候，我们对这两个问题其实也是比较看重的！

在同等条件下，序列化和反序列化的速度，可以决定执行的速度是否能快一点。

序列化的结果，也就是我们要往内存里面塞的东西，如果能让其小一点，也是能节省不少宝贵的内存空间。

当然，本文的重点不是去比较那种序列化方法比较牛逼，而是介绍怎么结合缓存去使用，也顺带提一下在使用缓存时，序列化可以考虑的一些点。

下面来看看一些常用的序列化的库：

1. System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary
2. Newtonsoft.Json
3. protobuf-net
4. MessagePack-CSharp
5. ....

在这些库中

System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary是.NET类库中本身就有的，所以想在不依赖第三方的packages时，这是个不错的选择。

Newtonsoft.Json应该不用多说了。

protobuf-net是.NET实现的Protocol Buffers。

MessagePack-CSharp是极快的MessagePack序列化工具。

这几种序列化的库也是笔者平时有所涉及的，还有一些不熟悉的就没列出来了！

在开始之前，我们先定义一个产品类，后面相关的操作都是基于这个类来说明。

public class Product
{
    public int Id { get; set; }

    public string Name { get; set; }
}

下面先来看看Redis的使用。

Redis

在介绍序列化之前，我们需要知道在StackExchange.Redis中，我们要存储的数据都是以RedisValue的形式存在的。并且RedisValue是支持string，byte[]等多种数据类型的。

换句话说就是，在我们使用StackExchange.Redis时，存进Redis的数据需要序列化成RedisValue所支持的类型。

这就是前面说的需要显式的进行序列化的操作。

先来看看.NET类库提供的BinaryFormatter。

序列化的操作

using (var ms = new MemoryStream())
{
    formatter.Serialize(ms, product);                
    db.StringSet("binaryformatter", ms.ToArray(), TimeSpan.FromMinutes(1));
}

反序列化的操作

var value = db.StringGet("binaryformatter");

using (var ms = new MemoryStream(value))
{
    var desValue = (Product)(new BinaryFormatter().Deserialize(ms));
    Console.WriteLine($"{desValue.Id}-{desValue.Name}");
}

写起来还是挺简单的，但是这个时候运行代码会提示下面的错误！

说是我们的Product类没有标记Serializable。下面就是在Product类加上[Serializable]。

再次运行，已经能成功了。

再来看看Newtonsoft.Json

序列化的操作

using (var ms = new MemoryStream())
{
    using (var sr = new StreamWriter(ms, Encoding.UTF8))
    using (var jtr = new JsonTextWriter(sr))
    {
        jsonSerializer.Serialize(jtr, product);
    }                
    db.StringSet("json", ms.ToArray(), TimeSpan.FromMinutes(1));
}

反序列化的操作

var bytes = db.StringGet("json");

using (var ms = new MemoryStream(bytes))
using (var sr = new StreamReader(ms, Encoding.UTF8))
using (var jtr = new JsonTextReader(sr))
{
    var desValue = jsonSerializer.Deserialize(jtr);
    Console.WriteLine($"{desValue.Id}-{desValue.Name}");
}

由于Newtonsoft.Json对我们要进行序列化的类有没有加上Serializable并没有什么强制性的要求，所以去掉或保留都可以。

运行起来是比较顺利的。

当然，也可以用下面的方式来处理的：

var objStr = JsonConvert.SerializeObject(product);
db.StringSet("json", Encoding.UTF8.GetBytes(objStr), TimeSpan.FromMinutes(1));

var resStr = Encoding.UTF8.GetString(db.StringGet("json"));
var res = JsonConvert.DeserializeObject(resStr);

再来看看ProtoBuf

序列化的操作

using (var ms = new MemoryStream())
{
    Serializer.Serialize(ms, product);
    db.StringSet("protobuf", ms.ToArray(), TimeSpan.FromMinutes(1));
}

反序列化的操作

var value = db.StringGet("protobuf");

using (var ms = new MemoryStream(value))
{
    var desValue = Serializer.Deserialize(ms); 
    Console.WriteLine($"{desValue.Id}-{desValue.Name}");
}

用法看起来也是中规中矩。

但是想这样就跑起来是没那么顺利的。错误提示如下：

处理方法有两个，一个是在Product类和属性上面加上对应的Attribute，另一个是用ProtoBuf.Meta在运行时来处理这个问题。可以参考AutoProtobuf的实现。

下面用第一种方式来处理，直接加上[ProtoContract]和[ProtoMember]这两个Attribute。

再次运行就是我们所期望的结果了。

最后来看看MessagePack，据其在Github上的说明和对比，似乎比其他序列化的库都强悍不少。

它默认也是要像Protobuf那样加上MessagePackObject和Key这两个Attribute的。

不过它也提供了一个IFormatterResolver参数，可以让我们有所选择。

下面用的是不需要加Attribute的方法来演示。

序列化的操作

var serValue = MessagePackSerializer.Serialize(product, ContractlessStandardResolver.Instance);
db.StringSet("messagepack", serValue, TimeSpan.FromMinutes(1));

反序列化的操作

var value = db.StringGet("messagepack");
var desValue = MessagePackSerializer.Deserialize(value, ContractlessStandardResolver.Instance);

此时运行起来也是正常的。

其实序列化这一步，对Redis来说是十分简单的，因为它显式的让我们去处理，然后把结果进行存储。

上面演示的4种方法，从使用上看，似乎都差不多，没有太大的区别。

如果拿Redis和Memcached对比，会发现Memcached的操作可能比Redis的略微复杂了一点。

下面来看看Memcached的使用。

Memcached

EnyimMemcachedCore默认有一个 DefaultTranscoder
，对于常规的数据类型(int,string等)本文不细说，只是特别说明object类型。

在DefaultTranscoder中，对Object类型的数据进行序列化是基于Bson的。

还有一个BinaryFormatterTranscoder是属于默认的另一个实现，这个就是基于我们前面的说.NET类库自带的System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary。

先来看看这两种自带的Transcoder要怎么用。

先定义好初始化Memcached相关的方法，以及读写缓存的方法。

初始化Memcached如下：

private static void InitMemcached(string transcoder = "")
{
    IServiceCollection services = new ServiceCollection();
    services.AddEnyimMemcached(options =>
    {
        options.AddServer("127.0.0.1", 11211);
        options.Transcoder = transcoder;
    });
    services.AddLogging();
    IServiceProvider serviceProvider = services.BuildServiceProvider();
    _client = serviceProvider.GetService() as MemcachedClient;
}

这里的transcoder就是我们要选择那种序列化方法(针对object类型)，如果是空就用Bson，如果是BinaryFormatterTranscoder用的就是BinaryFormatter。

需要注意下面两个说明

1. 2.1.0版本之后，Transcoder由ITranscoder类型变更为string类型。
   
2. 2.1.0.5版本之后，可以通过依赖注入的形式来完成，而不用指定string类型的Transcoder。

读写缓存的操作如下：

private static void MemcachedTrancode(Product product)
{
    _client.Store(Enyim.Caching.Memcached.StoreMode.Set, "defalut", product, DateTime.Now.AddMinutes(1));

    Console.WriteLine("serialize succeed!");

    var desValue = _client.ExecuteGet("defalut").Value;

    Console.WriteLine($"{desValue.Id}-{desValue.Name}");
    Console.WriteLine("deserialize succeed!");
}

我们在Main方法中的代码如下 ：

static void Main(string[] args)
{
    Product product = new Product
    {
      Id = 999,
      Name = "Product999"
    };
    
    //Bson
    string transcoder = "";
    //BinaryFormatter
    //string transcoder = "BinaryFormatterTranscoder";            
    InitMemcached(transcoder);
    MemcachedTrancode(product);
    
    Console.ReadKey();
}

对于自带的两种Transcoder，跑起来还是比较顺利的，在用BinaryFormatterTranscoder时记得给Product类加上[Serializable]就好！

下面来看看如何借助MessagePack来实现Memcached的Transcoder。

这里继承DefaultTranscoder就可以了，然后重写SerializeObject，DeserializeObject和Deserialize 这三个方法。

public class MessagePackTranscoder : DefaultTranscoder
{
    protected override ArraySegment SerializeObject(object value)
    {
        return MessagePackSerializer.SerializeUnsafe(value, TypelessContractlessStandardResolver.Instance);
    }

    public override T Deserialize(CacheItem item)
    {
        return (T)base.Deserialize(item);
    }

    protected override object DeserializeObject(ArraySegment value)
    {
        return MessagePackSerializer.Deserialize