ASP.NET 缓存：方法和最佳实践
Steven A. Smith ASPAlliance.com
2003 年 8 月
适用于： Microsoft? ASP.NET
请下载 CacheDemos.msi。
本页内容
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Steve 的缓存提示 |
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页面级输出缓存 |
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片段缓存，用户控件输出缓存 |
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缓存 API，使用 Cache 对象 |
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小结 |
在 ASP.NET 提供的许多特性中，缓存支持无疑是我最欣赏的特性，我这样说当然是有充分理由的。相比 ASP.NET 的所有其他特性，缓存对应用程序的性能具有最大的潜在影响，利用缓存和其他机制，ASP.NET 开发人员可以接受使用开销很大的控件（例如，DataGrid）构建站点时的额外开销，而不必担心性能会受到太大的影响。为了在应用程序中最大程度地利用缓存，您应该考虑在所有程序级别上都实现缓存的方法。
Steve 的缓存提示
尽早缓存；经常缓存
您应该在应用程序的每一层都实现缓存。向数据层、业务逻辑层、UI 或输出层添加缓存支持。内存现在非常便宜 — 因此，通过以智能的方式在整个应用程序中实现缓存，可以获得很大的性能提高。
缓存可以掩盖许多过失
缓存是一种无需大量时间和分析就可以获得“足够良好的”性能的方法。这里再次强调，内存现在非常便宜，因此，如果您能通过将输出缓存 30 秒，而不是花上一整天甚至一周的时间尝试优化代码或数据库就可以获得所需的性能，您肯定会选择缓存解决方案（假设可以接受 30 秒的旧数据）。缓存正是那些利用 20% 付出获得 80% 回报的特性之一，因此，要提高性能，应该首先想到缓存。不过，如果设计很糟糕，最终却有可能带来不良的后果，因此，您当然也应该尽量正确地设计应用程序。但如果您只是需要立即获得足够高的性能，缓存就是您的最佳选择，您可以在以后有时间的时候再尽快重新设计应用程序。
页面级输出缓存
作为最简单的缓存形式，输出缓存只是在内存中保留为响应请求而发送的 HTML 的副本。其后再有请求时将提供缓存的输出，直到缓存到期，这样，性能有可能得到很大的提高（取决于需要多少开销来创建原始页面输出 - 发送缓存的输出总是很快，并且比较稳定）。
实现
要实现页面输出缓存，只要将一条 OutputCache 指令添加到页面即可。
<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="*" %>
如同其他页面指令一样，该指令应该出现在 ASPX 页面的顶部，即在任何输出之前。它支持五个属性（或参数），其中两个是必需的。
| Duration |
必需属性。页面应该被缓存的时间，以秒为单位。必须是正整数。 |
| Location |
指定应该对输出进行缓存的位置。如果要指定该参数，则必须是下列选项之一：Any、Client、Downstream、None、Server 或 ServerAndClient。 |
| VaryByParam |
必需属性。Request 中变量的名称，这些变量名应该产生单独的缓存条目。"none" 表示没有变动。"*" 可用于为每个不同的变量数组创建新的缓存条目。变量之间用 ";" 进行分隔。 |
| VaryByHeader |
基于指定的标头中的变动改变缓存条目。 |
| VaryByCustom |
允许在 global.asax 中指定自定义变动（例如，"Browser"）。 |
利用必需的 Duration 和 VaryByParam 选项的组合可以处理大多数情况。例如，如果您的产品目录允许用户基于 categoryID 和页变量查看目录页，您可以用参数值为 "categoryID;page" 的 VaryByParam 将产品目录缓存一段时间（如果产品不是随时都在改变，一小时还是可以接受的，因此，持续时间是 3600 秒）。这将为每个种类的每个目录页创建单独的缓存条目。每个条目从其第一个请求算起将维持一个小时。
VaryByHeader 和 VaryByCustom 主要用于根据访问页面的客户端对页面的外观或内容进行自定义。同一个 URL 可能需要同时为浏览器和移动电话客户端呈现输出，因此，需要针对不同的客户端缓存不同的内容版本。或者，页面有可能已经针对 IE 进行了优化，但需要能针对 Netscape 或 Opera 完全降低优化（而不仅仅是破坏页面）。后一个例子非常普遍，我们将提供一个说明如何实现此目标的示例：
示例：VaryByCustom 用于支持浏览器自定义
为了使每个浏览器都具有单独的缓存条目，VaryByCustom 的值可以设置为 "browser"。此功能已经内置在缓存模块中，并且将针对每个浏览器名称和主要版本插入单独的页面缓存版本。
<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="None" VaryByCustom="browser" %>
片段缓存，用户控件输出缓存
缓存整个页面通常并不可行，因为页面的某些部分是针对用户定制的。不过，页面的其他部分是整个应用程序共有的。这些部分最适合使用片段缓存和用户控件进行缓存。菜单和其他布局元素，尤其是那些从数据源动态生成的元素，也应该用这种方法进行缓存。如果需要，可以将缓存的控件配置为基于对其控件（或其他属性）的更改或由页面级输出缓存支持的任何其他变动进行改变。使用同一组控件的几百个页面还可以共享那些控件的缓存条目，而不是为每个页面保留单独的缓存版本。
实现
片段缓存使用的语法与页面级输出缓存一样，但其应用于用户控件（.ascx 文件）而不是 Web 窗体（.aspx 文件）。除了 Location 属性，对于 OutputCache 在 Web 窗体上支持的所有属性，用户控件也同样支持。用户控件还支持名为 VaryByControl 的 OutputCache 属性，该属性将根据用户控件（通常是页面上的控件，例如，DropDownList）的成员的值改变该控件的缓存。如果指定了 VaryByControl，可以省略 VaryByParam。最后，在默认情况下，对每个页面上的每个用户控件都单独进行缓存。不过，如果一个用户控件不随应用程序中的页面改变，并且在所有页面都使用相同的名称，则可以应用 Shared="true" 参数，该参数将使用户控件的缓存版本供所有引用该控件的页面使用。
示例
<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="*" %>
该示例将缓存用户控件 60 秒，并且将针对查询字符串的每个变动、针对此控件所在的每个页面创建单独的缓存条目。
<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="none" VaryByControl="CategoryDropDownList" %>
该示例将缓存用户控件 60 秒，并且将针对 CategoryDropDownList 控件的每个不同的值、针对此控件所在的每个页面创建单独的缓存条目。
<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="none" VaryByCustom="browser" Shared="true %>
最后，该示例将缓存用户控件 60 秒，并且将针对每个浏览器名称和主要版本创建一个缓存条目。然后，每个浏览器的缓存条目将由引用此用户控件的所有页面共享（只要所有页面都用相同的 ID 引用该控件即可）。
缓存 API，使用 Cache 对象
页面级和用户控件级输出缓存的确是一种可以迅速而简便地提高站点性能的方法，但是在 ASP.NET 中，缓存的真正灵活性和强大功能是通过 Cache 对象提供的。使用 Cache 对象，您可以存储任何可序列化的数据对象，基于一个或多个依赖项的组合来控制缓存条目到期的方式。这些依赖项可以包括自从项被缓存后经过的时间、自从项上次被访问后经过的时间、对文件和/或文件夹的更改以及对其他缓存项的更改，在略作处理后还可以包括对数据库中特定表的更改。
在 Cache 中存储数据
在 Cache 中存储数据的最简单的方法就是使用一个键为其赋值，就像 HashTable 或 Dictionary 对象一样：
Cache["key"] = "value";
这种做法将在缓存中存储项，同时不带任何依赖项，因此它不会到期，除非缓存引擎为了给其他缓存数据提供空间而将其删除。要包括特定的缓存依赖项，可使用 Add() 或 Insert() 方法。其中每个方法都有几个重载。Add() 和 Insert() 之间的唯一区别是，Add() 返回对已缓存对象的引用，而 Insert() 没有返回值（在 C# 中为空，在 VB 中为 Sub）。
示例
Cache.Insert("key", myXMLFileData, new
System.Web.Caching.CacheDependency(Server.MapPath("users.xml")));
该示例可将文件中的 xml 数据插入缓存，无需在以后请求时从文件读取。 CacheDependency 的作用是确保缓存在文件更改后立即到期，以便可以从文件中提取最新数据，重新进行缓存。如果缓存的数据来自若干个文件，还可以指定一个文件名的数组。
Cache.Insert("dependentkey", myDependentData, new
System.Web.Caching.CacheDependency(new string[] {}, new string[]
{"key"}));
该示例可插入键值为 "key" 的第二个数据块（取决于是否存在第一个数据块）。如果缓存中不存在名为 "key" 的键，或者如果与该键相关联的项已到期或被更新，则 "dependentkey" 的缓存条目将到期。
Cache.Insert("key", myTimeSensitiveData, null,
DateTime.Now.AddMinutes(1), TimeSpan.Zero);
绝对到期：此示例将对受时间影响的数据缓存一分钟，一分钟过后，缓存将到期。注意，绝对到期和滑动到期（见下文）不能一起使用。
Cache.Insert("key", myFrequentlyAccessedData, null,
System.Web.Caching.Cache.NoAbsoluteExpiration,
TimeSpan.FromMinutes(1));
滑动到期：此示例将缓存一些频繁使用的数据。数据将在缓存中一直保留下去，除非数据未被引用的时间达到了一分钟。注意，滑动到期和绝对到期不能一起使用。
更多选项
除了上面提到的依赖项，我们还可以指定项的优先级（依次为 low、high、NotRemovable，它们是在 System.Web.Caching.CacheItemPriority 枚举中定义的）以及当缓存中的项到期时调用的 CacheItemRemovedCallback 函数。大多数时候，默认的优先级已经足够了 — 缓存引擎可以正常完成任务并处理缓存的内存管理。CacheItemRemovedCallback 选项考虑到一些很有趣的可能性，但实际上它很少使用。不过，为了说明该方法，我将提供它的一个使用示例：
CacheItemRemovedCallback 示例
System.Web.Caching.CacheItemRemovedCallback callback = new System.Web.Caching.CacheItemRemovedCallback (OnRemove);
Cache.Insert("key",myFile,null,
System.Web.Caching.Cache.NoAbsoluteExpiration,
TimeSpan.Zero,
System.Web.Caching.CacheItemPriority.Default, callback);
. . .
public static void OnRemove(string key,
object cacheItem,
System.Web.Caching.CacheItemRemovedReason reason)
{
AppendLog("The cached value with key '" + key +
"' was removed from the cache. Reason: " +
reason.ToString());
}
该示例将使用 AppendLog() 方法（这里不讨论该方法，请参阅 Writing Entries to Event Logs）中定义的任何逻辑来记录缓存中的数据到期的原因。通过在从缓存中删除项时记录这些项并记录删除的原因，您可以确定是否在有效地使用缓存或者您是否可能需要增加服务器上的内存。注意，callback 是一个静态（在 VB 中为 Shared）方法，建议使用该方法的原因是，如果不使用它，保存回调函数的类的实例将保留在内存中，以支持回调（对 static/Shared 方法则没有必要）。
该特性有一个潜在的用处 — 在后台刷新缓存的数据，这样用户永远都不必等待数据被填充，但数据始终保持相对较新的状态。但实际上，此特性并不适用于当前版本的缓存 API，因为在从缓存中删除缓存的项之前，不触发或不完成回调。因此，用户将频繁地发出尝试访问缓存值的请求，然后发现缓存值为空，不得不等待缓存值的重新填充。我希望在未来的 ASP.NET 版本中看到一个附加的回调，可以称为 CachedItemExpiredButNotRemovedCallback，如果定义了该回调，则必须在删除缓存项之前完成执行。
缓存数据引用模式
每当我们尝试访问缓存中的数据时，都应该考虑到一种情况，那就是数据可能已经不在缓存中了。因此，下面的模式应该普遍适用于您对缓存的数据的访问。在这种情况下，我们假定已缓存的数据是一个数据表。
public DataTable GetCustomers(bool BypassCache)
{
string cacheKey = "CustomersDataTable";
object cacheItem = Cache[cacheKey] as DataTable;
if((BypassCache) || (cacheItem == null))
{
cacheItem = GetCustomersFromDataSource();
Cache.Insert(cacheKey, cacheItem, null,
DateTime.Now.AddSeconds(GetCacheSecondsFromConfig(cacheKey),
TimeSpan.Zero);
}
return (DataTable)cacheItem;
}
关于此模式，有以下几点需要注意：
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某些值（例如，cacheKey、cacheItem 和缓存持续时间）是一次定义的，并且只定义一次。 |
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可以根据需要跳过缓存 — 例如，当注册一个新客户并重定向到客户列表后，最好的做法可能就是跳过缓存，用最新数据重新填充缓存，该数据包括新插入的客户。 |
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缓存只能访问一次。这种做法可以提高性能，并确保不会发生 NullReferenceExceptions，因为该项在第一次被检查时是存在的，但第二次检查之前就已经到期了。 |
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该模式使用强类型检查。C# 中的 "as" 运算符尝试将对象转换为类型，如果失败或该对象为空，则只返回 null（空）。 |
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持续时间存储在配置文件中。在理想的情况下，所有的缓存依赖项（无论是基于文件的，或是基于时间的，还是其他类型的依赖项）都应该存储在配置文件中，这样就可以进行更改并轻松地测量性能。我还建议您指定默认缓存持续时间，而且，如果没有为所使用的 cacheKey 指定持续时间，就让 GetCacheSecondsFromConfig() 方法使用该默认持续时间。 |
相关的代码示例是一个 helper 类，它将处理上述所有情况，但允许通过一行或两行代码访问缓存的数据。请下载 CacheDemos.msi。
小结
缓存可以使应用程序的性能得到很大的提高，因此在设计应用程序以及对应用程序进行性能测试时应该予以考虑。应用程序总会或多或少地受益于缓存，当然有些应用程序比其他应用程序更适合使用缓存。对 ASP.NET 提供的缓存选项的深刻理解是任何 ASP.NET 开发人员应该掌握的重要技巧。
Steven A. Smith 作为 Microsoft ASP.NET最有价值的专家，是 ASPAlliance.com 的总裁，也是该公司的所有者。他还是 ASPSmith Ltd（一家以 .NET 为中心的培训公司）的所有者和首席讲师。他撰写了两本书 — ASP.NET Developer's Cookbook 和 ASP.NET By Example，并且在 MSDN? 杂志和 AspNetPRO 杂志上发表文章。Steve 每年都要在几个会议上进行演讲，是 INETA Speaker's Bureau 的成员。Steve 拥有工商管理硕士学位和计算机科学工程的理学学士学位。如果希望与 Steve 联系，请将电子邮件发送至 [email protected]。
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