[簡介]
ASP.NET提供三種主要形式的緩存：頁面級輸出緩存、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(yōu)點是非常易于實現(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，緩存支持無疑是我最欣賞的特性，我這樣說當(dāng)然是有充分理由的。相比ASP.NET的所有其他特性，緩存對應(yīng)用程序的性能具有最大的潛在影響，利用緩存和其他機制，ASP.NET開發(fā)人員可以接受使用開銷很大的控件（例如，DataGrid）構(gòu)建站點時的額外開銷，而不必?fù)?dān)心性能會受到太大的影響。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別上都實現(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，通過以智能的方式在整個應(yīng)用程序中實現(xiàn)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。這里再次強調(diào)，內(nèi)存現(xiàn)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嘗試優(yōu)化代碼或數(shù)據(jù)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(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%回報的特性之一，因此，要提高性能，應(yīng)該首先想到緩存。不過，如果設(shè)計很糟糕，最終卻有可能帶來不良的后果，因此，您當(dāng)然也應(yīng)該盡量正確地設(shè)計應(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，您可以在以后有時間的時候再重新設(shè)計應(yīng)用程序。

頁面級輸出緩存
作為最簡單的緩存形式，輸出緩存只是在內(nèi)存中保留為響應(yīng)請求而發(fā)送的HTML的副本。其后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（取決于需要多少開銷來創(chuàng)建原始頁面輸出-發(fā)送緩存的輸出總是很快，并且比較穩(wěn)定）。

實現(xiàn)
要實現(xiàn)頁面輸出緩存，只要將一條OutputCache指令添加到頁面即可。
<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="*" %>
如同其他頁面指令一樣，該指令應(yīng)該出現(xiàn)在ASPX頁面的頂部，即在任何輸出之前。它支持五個屬性（或參數(shù)），其中兩個是必需的。

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

Location指定應(yīng)該對輸出進(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)生單獨的緩存條目。“none”表示沒有變動�！�*”可用于為每個不同的變量數(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(shù)情況。例如，如果您的產(chǎn)品目錄允許用戶基于categoryID和頁變量查看目錄頁，您可以用參數(shù)值為“categoryID;page”的VaryByParam將產(chǎn)品目錄緩存一段時間（如果產(chǎn)品不是隨時都在改變，一小時還是可以接受的，因此，持續(xù)時間是3600秒）。這將為每個種類的每個目錄頁創(chuàng)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主要用于根據(jù)訪問頁面的客戶端對頁面的外觀或內(nèi)容進(jìn)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(xiàn)輸出，因此，需要針對不同的客戶端緩存不同的內(nèi)容版本。或者，頁面有可能已經(jīng)針對IE進(jìn)行了優(yōu)化，針對Netscape或Opera則應(yīng)取消這種優(yōu)化功能。后一個例子非常普遍，我們將提供一個說明如何實現(xiàn)此目標(biāo)的示例：
示例：VaryByCustom用于支持瀏覽器自定義
為了使每個瀏覽器都具有單獨的緩存條目，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，并且將針對每個瀏覽器名稱和主要版本插入單獨的頁面緩存版本。

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


片段緩存，用戶控件輸出緩存
緩存整個頁面通常并不可行，因為頁面的某些部分是針對用戶定制的。不過，頁面的其他部分是整個應(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）由頁面級輸出緩存所支持的任何一種頁面或控件狀態(tài)改變
一旦對某些控件進(jìn)行了緩存，使用它們的幾百個頁面就可以共享這些控件，而不再需要為每個頁面保留單獨的控件緩存版本。

實現(xiàn)
片段緩存使用的語法與頁面級輸出緩存一樣，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（通常是頁面上的控件，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。最后，在默認(rèn)情況下，對每個頁面上的每個用戶控件都單獨進(jìn)行緩存。不過，如果一個用戶控件不隨應(yīng)用程序中的頁面改變，并且在所有頁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，并且將針對查詢字符串的每個變動、針對此控件所在的每個頁面創(chuàng)建單獨的緩存條目。
<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="none"
VaryByControl="CategoryDropDownList" %>
該示例將緩存用戶控件60秒，并且將針對CategoryDrop
DownList控件的每個不同的值、針對此控件所在的每個頁面創(chuàng)建單獨的緩存條目。

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

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

緩存API，使用Cache對象
頁面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(shù)據(jù)對象，基于一個或多個依賴項的組合來控制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后經(jīng)過的時間、自從某對象上次被訪問后經(jīng)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，在略作處理后還可以包括對數(shù)據(jù)庫中特定表的更改。

在Cache中存儲數(shù)據(jù)
在Cache中存儲數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(qū)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(shù)據(jù)插入緩存，無需在以后請求時從文件讀取。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)來自若干個文件，還可以指定一個文件名的數(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”的第二個數(shù)據(jù)塊（取決于是否存在第一個數(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(shù)據(jù)緩存一分鐘，一分鐘過后，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(tài)滾動到期：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)未被引用的時間達(dá)到了一分鐘。注意，動態(tài)滾動到期和絕對到期不能一起使用。

更多選項
除了上面提到的依賴項，我們還可以指定項的優(yōu)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(dāng)緩存中的對象到期時調(diào)用的CacheItemRemovedCallback函數(shù)。大多數(shù)時候，默認(rèn)的優(yōu)先級已經(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.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記錄緩存中的數(shù)據(jù)到期的原因。通過在從緩存中刪除項時記錄這些項并記錄刪除的原因，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)的類的實例將保留在內(nèi)存中，以支持回調(diào)（對static/Shared方法則沒有必要）。
該特性有一個潛在的用處-在后臺刷新緩存的數(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)始終保持相對較新的狀態(tài)。但實際上，此特性并不適用于當(dāng)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(fā)或不完成回調(diào)。因此，用戶將頻繁地發(fā)出嘗試訪問緩存值的請求，然后發(fā)現(xiàn)緩存值為空，不得不等待緩存值的重新填充。我希望在未來的ASP.NET版本中看到一個附加的回調(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)我們嘗試訪問緩存中的數(shù)據(jù)時，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)該普遍適用于您對緩存的數(shù)據(jù)的訪問。在這種情況下，我們假定已緩存的數(shù)據(jù)是一個數(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，有以下幾點需要注意：
r 某些值（例如，cacheKey、cacheItem和緩存持續(xù)時間）是一次定義的，并且只定義一次。
r 可以根據(jù)需要跳過緩存-例如，當(dāng)注冊一個新客戶并重定向到客戶列表后，最好的做法可能就是跳過緩存，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。
r 緩存只能訪問一次。這種做法可以提高性能，并確保不會發(fā)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(jīng)到期了。
r 該模式使用強類型檢查。C#中的“as”運算符嘗試將對象轉(zhuǎn)換為類型，如果失敗或該對象為空，則只返回null（空）。
r 持續(xù)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（無論是基于文件的，或是基于時間的，還是其他類型的依賴項）都應(yīng)該存儲在配置文件中，這樣就可以進(jìn)行更改并輕松地測量性能。我還建議您指定默認(rèn)緩存持續(xù)時間，而且，如果沒有為所使用的cacheKey指定持續(xù)時間，就讓GetCacheSecondsFromConfig()方法使用該默認(rèn)持續(xù)時間。
與本文相關(guān)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，可以只書寫一行或兩行代碼訪問緩存的數(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)計應(yīng)用程序以及對應(yīng)用程序進(jìn)行性能測試時應(yīng)該予以考慮。應(yīng)用程序總會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ASP.NET提供的緩存選項的深刻理解是任何ASP.NET開發(fā)人員應(yīng)該掌握的重要技巧。

[作者簡介]
Steven A. Smith作為Microsoft ASP.NET最有價值的專家，擔(dān)任ASPAlliance.com的總裁，同時也是該公司的所有者。他還是ASPSmith Ltd（一家以.NET為中心的培訓(xùn)公司）的所有者和首席講師。他著有ASP.NET Developer's Cookbook和ASP.NET By Example兩本書，此外還在MSDN雜志和AspNetPRO雜志上發(fā)表文章。Steve每年都要在多個會議上進(jìn)行演講，他是INETA Speaker's Bureau的成員。Steve擁有工商管理碩士學(xué)位和計算機科學(xué)工程的理學(xué)學(xué)士學(xué)位。如果希望與Steve聯(lián)系，可以發(fā)送電子郵件至ssmith@aspalliance