充分使用ASP.NET的3種緩存提高網(wǎng)站性能

　　[簡(jiǎn)介]

　　ASP.NET提供三種主要形式的緩存：頁(yè)面級(jí)輸出緩存、用戶控件級(jí)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(yōu)點(diǎn)是非常易于實(shí)現(xiàn)，在大多數(shù)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(shí)際上是相當(dāng)大的靈活性），可用于在應(yīng)用程序的每一層利用緩存。本文全面介紹了這三種緩存技術(shù)在系統(tǒng)各層中的應(yīng)用。

　　在ASP.NET提供的許多特性中，緩存支持無(wú)疑是我最欣賞的特性，我這樣說(shuō)當(dāng)然是有充分理由的。相比ASP.NET的所有其他特性，緩存對(duì)應(yīng)用程序的性能具有最大的潛在影響，利用緩存和其他機(jī)制，ASP.NET開(kāi)發(fā)人員可以接受使用開(kāi)銷很大的控件（例如，DataGrid）構(gòu)建站點(diǎn)時(shí)的額外開(kāi)銷，而不必?fù)?dān)心性能會(huì)受到太大的影響。為了在應(yīng)用程序中最大程度地利用緩存，您應(yīng)該考慮在所有程序級(jí)別上都實(shí)現(xiàn)緩存的方法。

　　Steve的緩存提示

　　盡早緩存；經(jīng)常緩存

　　您應(yīng)該在應(yīng)用程序的每一層都實(shí)現(xiàn)緩存。向數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、UI或輸出層添加緩存支持。內(nèi)存現(xiàn)在非常便宜-因此，通過(guò)以智能的方式在整個(gè)應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)緩存，可以獲得很大的性能提高。

　　緩存可以防止許多過(guò)失

　　緩存是一種無(wú)需大量時(shí)間和分析就可以獲得“足夠良好的”性能的方法。這里再次強(qiáng)調(diào)，內(nèi)存現(xiàn)在非常便宜，因此，如果您能通過(guò)將輸出緩存30秒，而不是花上一整天甚至一周的時(shí)間嘗試優(yōu)化代碼或數(shù)據(jù)庫(kù)就可以獲得所需的性能，您肯定會(huì)選擇緩存解決方案（假設(shè)可以接受30秒的舊數(shù)據(jù)）。緩存正是那些利用20%付出獲得80%回報(bào)的特性之一，因此，要提高性能，應(yīng)該首先想到緩存。不過(guò)，如果設(shè)計(jì)很糟糕，最終卻有可能帶來(lái)不良的后果，因此，您當(dāng)然也應(yīng)該盡量正確地設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。但如果您只是需要立即獲得足夠高的性能，緩存就是您的最佳選擇，您可以在以后有時(shí)間的時(shí)候再重新設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。

　　頁(yè)面級(jí)輸出緩存

　　作為最簡(jiǎn)單的緩存形式，輸出緩存只是在內(nèi)存中保留為響應(yīng)請(qǐng)求而發(fā)送的HTML的副本。其后再有請(qǐng)求時(shí)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（取決于需要多少開(kāi)銷來(lái)創(chuàng)建原始頁(yè)面輸出-發(fā)送緩存的輸出總是很快，并且比較穩(wěn)定）。

　　實(shí)現(xiàn)

　　要實(shí)現(xiàn)頁(yè)面輸出緩存，只要將一條OutputCache指令添加到頁(yè)面即可。

<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="*" %>

　　如同其他頁(yè)面指令一樣，該指令應(yīng)該出現(xiàn)在ASPX頁(yè)面的頂部，即在任何輸出之前。它支持五個(gè)屬性（或參數(shù)），其中兩個(gè)是必需的。

　　Duration 必需屬性。頁(yè)面應(yīng)該被緩存的時(shí)間，以秒為單位。必須是正整數(shù)。

　　Location 指定應(yīng)該對(duì)輸出進(jìn)行緩存的位置。如果要指定該參數(shù)，則必須是下列選項(xiàng)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(yīng)該產(chǎn)生單獨(dú)的緩存條目�！皀one”表示沒(méi)有變動(dòng)�！�*”可用于為每個(gè)不同的變量數(shù)組創(chuàng)建新的緩存條目。變量之間用“;”進(jìn)行分隔。

　　VaryByHeader 基于指定的標(biāo)頭中的變動(dòng)改變緩存條目。

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

　　利用必需的Duration和VaryByParam選項(xiàng)的組合可以處理大多數(shù)情況。例如，如果您的產(chǎn)品目錄允許用戶基于categoryID和頁(yè)變量查看目錄頁(yè)，您可以用參數(shù)值為“categoryID;page”的VaryByParam將產(chǎn)品目錄緩存一段時(shí)間（如果產(chǎn)品不是隨時(shí)都在改變，一小時(shí)還是可以接受的，因此，持續(xù)時(shí)間是3600秒）。這將為每個(gè)種類的每個(gè)目錄頁(yè)創(chuàng)建單獨(dú)的緩存條目。每個(gè)條目從其第一個(gè)請(qǐng)求算起將維持一個(gè)小時(shí)。
VaryByHeader和VaryByCustom主要用于根據(jù)訪問(wèn)頁(yè)面的客戶端對(duì)頁(yè)面的外觀或內(nèi)容進(jìn)行自定義。同一個(gè)URL可能需要同時(shí)為瀏覽器和移動(dòng)電話客戶端呈現(xiàn)輸出，因此，需要針對(duì)不同的客戶端緩存不同的內(nèi)容版本�；蛘�，頁(yè)面有可能已經(jīng)針對(duì)IE進(jìn)行了優(yōu)化，針對(duì)Netscape或Opera則應(yīng)取消這種優(yōu)化功能。后一個(gè)例子非常普遍，我們將提供一個(gè)說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的示例：

　　示例：VaryByCustom用于支持瀏覽器自定義

　　為了使每個(gè)瀏覽器都具有單獨(dú)的緩存條目，VaryByCustom的值可以設(shè)置為“browser”。此功能已經(jīng)內(nèi)置在緩存模塊中，并且將針對(duì)每個(gè)瀏覽器名稱和主要版本插入單獨(dú)的頁(yè)面緩存版本。

<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="None" VaryByCustom="browser"%>

　　片段緩存，用戶控件輸出緩存

　　緩存整個(gè)頁(yè)面通常并不可行，因?yàn)轫?yè)面的某些部分是針對(duì)用戶定制的。不過(guò)，頁(yè)面的其他部分是整個(gè)應(yīng)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(jìn)行緩存。此外，菜單和其他布局元素，尤其是那些從數(shù)據(jù)源動(dòng)態(tài)生成的元素，也可以用這種方法進(jìn)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(yè)面級(jí)輸出緩存所支持的任何一種頁(yè)面或控件狀態(tài)改變

　　一旦對(duì)某些控件進(jìn)行了緩存，使用它們的幾百個(gè)頁(yè)面就可以共享這些控件，而不再需要為每個(gè)頁(yè)面保留單獨(dú)的控件緩存版本。

　　實(shí)現(xiàn)

　　片段緩存使用的語(yǔ)法與頁(yè)面級(jí)輸出緩存一樣，但其應(yīng)用于用戶控件（.ascx文件）而不是Web窗體（.aspx文件）。除了Location屬性，對(duì)于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(jù)用戶控件（通常是頁(yè)面上的控件，例如，DropDownList）的成員的值改變?cè)摽丶�的緩存。如果指定了VaryByControl，可以省略VaryByParam。最后，在默認(rèn)情況下，對(duì)每個(gè)頁(yè)面上的每個(gè)用戶控件都單獨(dú)進(jìn)行緩存。不過(guò)，如果一個(gè)用戶控件不隨應(yīng)用程序中的頁(yè)面改變，并且在所有頁(yè)面都使用相同的名稱，則可以設(shè)置參數(shù)Shared的值為“true”，該參數(shù)將使用戶控件的緩存版本供引用該控件的所有頁(yè)面使用。

　　示例

<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="*" %>

　　該示例將緩存用戶控件60秒，并且將針對(duì)查詢字符串的每個(gè)變動(dòng)、針對(duì)此控件所在的每個(gè)頁(yè)面創(chuàng)建單獨(dú)的緩存條目。

<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="none"
VaryByControl="CategoryDropDownList" %>

　　該示例將緩存用戶控件60秒，并且將針對(duì)CategoryDrop

　　DownList控件的每個(gè)不同的值、針對(duì)此控件所在的每個(gè)頁(yè)面創(chuàng)建單獨(dú)的緩存條目。

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

　　最后，該示例將緩存用戶控件60秒，并且將針對(duì)每個(gè)瀏覽器名稱和主要版本創(chuàng)建一個(gè)緩存條目。然后，每個(gè)瀏覽器的緩存條目將由引用此用戶控件的所有頁(yè)面共享（只要所有頁(yè)面都用相同的ID引用該控件即可）。

　　緩存API，使用Cache對(duì)象

　　頁(yè)面級(jí)和用戶控件級(jí)輸出緩存的確是一種可以迅速而簡(jiǎn)便地提高站點(diǎn)性能的方法，但是在ASP.NET中，緩存的真正靈活性和強(qiáng)大功能是通過(guò)Cache對(duì)象提供的。使用Cache對(duì)象，您可以存儲(chǔ)任何可序列化的數(shù)據(jù)對(duì)象，基于一個(gè)或多個(gè)依賴項(xiàng)的組合來(lái)控制緩存條目到期的方式。這些依賴項(xiàng)可以包括自從某對(duì)象被緩存后經(jīng)過(guò)的時(shí)間、自從某對(duì)象上次被訪問(wèn)后經(jīng)過(guò)的時(shí)間、對(duì)文件或文件夾的更改以及對(duì)其他緩存對(duì)象的更改，在略作處理后還可以包括對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中特定表的更改。

　　在Cache中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

　　在Cache中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最簡(jiǎn)單的方法就是使用一個(gè)鍵為其賦值，就像HashTable或Dictionary對(duì)象一樣：

Cache["key"] = "value";

　　這種做法將在緩存中存儲(chǔ)項(xiàng)，同時(shí)不帶任何依賴項(xiàng)，因此它不會(huì)到期，除非緩存引擎為了給其他緩存數(shù)據(jù)提供空間而將其刪除。要包括特定的緩存依賴項(xiàng)，可使用Add()或Insert()方法。其中每個(gè)方法都有幾個(gè)重載。Add()和Insert()之間的唯一區(qū)別是，Add()返回對(duì)已緩存對(duì)象的引用，而Insert()沒(méi)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(shù)據(jù)插入緩存，無(wú)需在以后請(qǐng)求時(shí)從文件讀取。CacheDependency的作用是確保緩存在文件更改后立即到期，以便可以從文件中提取最新數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行緩存。如果緩存的數(shù)據(jù)來(lái)自若干個(gè)文件，還可以指定一個(gè)文件名的數(shù)組。

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

　　該示例可插入鍵值為“key”的第二個(gè)數(shù)據(jù)塊（取決于是否存在第一個(gè)數(shù)據(jù)塊）。如果緩存中不存在名為“key”的鍵，或者如果與該鍵相關(guān)聯(lián)的對(duì)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(duì)到期：此示例將對(duì)受時(shí)間影響的數(shù)據(jù)緩存一分鐘，一分鐘過(guò)后，緩存將到期。注意，絕對(duì)到期和滾動(dòng)到期（見(jiàn)下文）不能一起使用。

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

　　動(dòng)態(tài)滾動(dòng)到期：此示例將緩存一些頻繁使用的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)將在緩存中一直保留下去，除非數(shù)據(jù)未被引用的時(shí)間達(dá)到了一分鐘。注意，動(dòng)態(tài)滾動(dòng)到期和絕對(duì)到期不能一起使用。

　　更多選項(xiàng)

　　除了上面提到的依賴項(xiàng)，我們還可以指定項(xiàng)的優(yōu)先級(jí)（依次為low、high、NotRemovable，它們是在System.Web.Caching.CacheItemPriority枚舉中定義的）以及當(dāng)緩存中的對(duì)象到期時(shí)調(diào)用的CacheItemRemovedCallback函數(shù)。大多數(shù)時(shí)候，默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)已經(jīng)足夠了-緩存引擎可以正常完成任務(wù)并處理緩存的內(nèi)存管理。CacheItemRemovedCallback選項(xiàng)考慮到一些很有趣的可能性，但實(shí)際上它很少使用。不過(guò)，為了說(shuō)明該方法，我將提供它的一個(gè)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());
}

　　該示例將使用AppendLog()方法中定義的任何邏輯來(lái)記錄緩存中的數(shù)據(jù)到期的原因。通過(guò)在從緩存中刪除項(xiàng)時(shí)記錄這些項(xiàng)并記錄刪除的原因，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(wù)器上的內(nèi)存。注意，callback是一個(gè)靜態(tài)（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(diào)函數(shù)的類的實(shí)例將保留在內(nèi)存中，以支持回調(diào)（對(duì)static/Shared方法則沒(méi)有必要）。

　　該特性有一個(gè)潛在的用處-在后臺(tái)刷新緩存的數(shù)據(jù)，這樣用戶永遠(yuǎn)都不必等待數(shù)據(jù)被填充，但數(shù)據(jù)始終保持相對(duì)較新的狀態(tài)。但實(shí)際上，此特性并不適用于當(dāng)前版本的緩存API，因?yàn)樵趶木彺嬷袆h除緩存的項(xiàng)之前，不觸發(fā)或不完成回調(diào)。因此，用戶將頻繁地發(fā)出嘗試訪問(wèn)緩存值的請(qǐng)求，然后發(fā)現(xiàn)緩存值為空，不得不等待緩存值的重新填充。我希望在未來(lái)的ASP.NET版本中看到一個(gè)附加的回調(diào)，可以稱為CachedItemExpiredBut

　　NotRemovedCallback，如果定義了該回調(diào)，則必須在刪除緩存項(xiàng)之前完成執(zhí)行。

　　緩存數(shù)據(jù)引用模式

　　每當(dāng)我們嘗試訪問(wèn)緩存中的數(shù)據(jù)時(shí)，都應(yīng)該考慮到一種情況，那就是數(shù)據(jù)可能已經(jīng)不在緩存中了。因此，下面的模式應(yīng)該普遍適用于您對(duì)緩存的數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。在這種情況下，我們假定已緩存的數(shù)據(jù)是一個(gè)數(shù)據(jù)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;
}

　　關(guān)于此模式，有以下幾點(diǎn)需要注意：

　　1) 某些值（例如，cacheKey、cacheItem和緩存持續(xù)時(shí)間）是一次定義的，并且只定義一次。

　　2) 可以根據(jù)需要跳過(guò)緩存-例如，當(dāng)注冊(cè)一個(gè)新客戶并重定向到客戶列表后，最好的做法可能就是跳過(guò)緩存，用最新數(shù)據(jù)重新填充緩存，該數(shù)據(jù)包括新插入的客戶。

　　3) 緩存只能訪問(wèn)一次。這種做法可以提高性能，并確保不會(huì)發(fā)生NullReferenceExceptions，因?yàn)樵擁?xiàng)在第一次被檢查時(shí)是存在的，但第二次檢查之前就已經(jīng)到期了。

　　4) 該模式使用強(qiáng)類型檢查。C#中的“as”運(yùn)算符嘗試將對(duì)象轉(zhuǎn)換為類型，如果失敗或該對(duì)象為空，則只返回null（空）。

　　5) 持續(xù)時(shí)間存儲(chǔ)在配置文件中。在理想的情況下，所有的緩存依賴項(xiàng)（無(wú)論是基于文件的，或是基于時(shí)間的，還是其他類型的依賴項(xiàng)）都應(yīng)該存儲(chǔ)在配置文件中，這樣就可以進(jìn)行更改并輕松地測(cè)量性能。我還建議您指定默認(rèn)緩存持續(xù)時(shí)間，而且，如果沒(méi)有為所使用的cacheKey指定持續(xù)時(shí)間，就讓GetCacheSecondsFromConfig()方法使用該默認(rèn)持續(xù)時(shí)間。

　　與本文相關(guān)的代碼示例（CachedDemo.msi，參見(jiàn)本書(shū)示例光盤）是一個(gè)helper類，它將處理上述所有情況，可以只書(shū)寫一行或兩行代碼訪問(wèn)緩存的數(shù)據(jù)。

　　小結(jié)

　　緩存可以使應(yīng)用程序的性能得到很大的提高，因此在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序以及對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)應(yīng)該予以考慮。應(yīng)用程序總會(huì)或多或少地受益于緩存，當(dāng)然有些應(yīng)用程序比其他應(yīng)用程序更適合使用緩存。對(duì)ASP.NET提供的緩存選項(xiàng)的深刻理解是任何ASP.NET開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該掌握的重要技巧。