概述ASP.NET缓存机制

PetShop之ASP.NET缓存机制

如果对微型计算机硬件系统有足够的了解，那么我们对于Cache这个名词一定是耳熟能详的。在CPU以及主板的芯片中，都引入了这种名为高速缓冲存储器（Cache）的技术。因为Cache的存取速度比内存快，因而引入Cache能够有效的解决CPU与内存之间的速度不匹配问题。硬件系统可以利用 Cache存储CPU访问概率高的那些数据，当CPU需要访问这些数据时，可以直接从Cache中读取，而不必访问存取速度相对较慢的内存，从而提高了 CPU的工作效率。软件设计借鉴了硬件设计中引入缓存机制以改善整个系统的性能，尤其是对于一个数据库驱动的Web应用程序而言，缓存的利用是不可或缺的，毕竟，数据库查询可能是整个Web站点中调用最频繁但同时又是执行最缓慢的操作之一，我们不能被它老迈的双腿拖缓我们前进的征程。缓存机制正是解决这一缺陷的加速器。

ASP.NET缓存机制概述

作为.Net框架下开发Web应用程序的主打产品，ASP.NET充分考虑了缓存机制。通过某种方法，将系统需要的数据对象、Web页面存储在内存中，使得Web站点在需要获取这些数据时，不需要经过繁琐的数据库连接、查询和复杂的逻辑运算，就可以“触手可及”，如“探囊取物”般容易而快速，从而提高整个Web系统的性能。

ASP.NET提供了两种基本的缓存机制来提供缓存功能。一种是应用程序缓存，它允许开发者将程序生成的数据或报表业务对象放入缓存中。另外一种缓存机制是页输出缓存，利用它，可以直接获取存放在缓存中的页面，而不需要经过繁杂的对该页面的再次处理。

应用程序缓存其实现原理说来平淡无奇，仅仅是通过ASP.NET管理内存中的缓存空间。放入缓存中的应用程序数据对象，以键/值对的方式存储，这便于用户在访问缓存中的数据项时，可以根据key值判断该项是否存在缓存中。

放入在缓存中的数据对象其生命周期是受到限制的，即使在整个应用程序的生命周期里，也不能保证该数据对象一直有效。ASP.NET可以对应用程序缓存进行管理，例如当数据项无效、过期或内存不足时移除它们。此外，调用者还可以通过CacheItemRemovedCallback委托，定义回调方法使得数据项被移除时能够通知用户。

在.Net Framework中，应用程序缓存通过System.Web.Caching.Cache类实现。它是一个密封类，不能被继承。对于每一个应用程序域，都要创建一个Cache类的实例，其生命周期与应用程序域的生命周期保持一致。我们可以利用Add或Insert方法，将数据项添加到应用程序缓存中，如下所示：
Cache["First"] = "First Item";
Cache.Insert("Second", "Second Item");

我们还可以为应用程序缓存添加依赖项，使得依赖项发生更改时，该数据项能够从缓存中移除：
string[] dependencies = {"Second"};
Cache.Insert("Third", "Third Item",
new System.Web.Caching.CacheDependency(null, dependencies));

与之对应的是缓存中数据项的移除。前面提到ASP.NET可以自动管理缓存中项的移除，但我们也可以通过代码编写的方式显式的移除相关的数据项：
Cache.Remove("First");

相对于应用程序缓存而言，页输出缓存的应用更为广泛。它可以通过内存将处理后的ASP.NET页面存储起来，当客户端再一次访问该页面时，可以省去页面处理的过程，从而提高页面访问的性能，以及Web服务器的吞吐量。例如，在一个电子商务网站里，用户需要经常查询商品信息，这个过程会涉及到数据库访问以及搜索条件的匹配，在数据量较大的情况下，如此的搜索过程是较为耗时的。此时，利用页输出缓存就可以将第一次搜索得到的查询结果页存储在缓存中。当用户第二次查询时，就可以省去数据查询的过程，减少页面的响应时间。

页输出缓存分为整页缓存和部分页缓存。我们可以通过@OutputCache指令完成对Web页面的输出缓存。它主要包含两个参数：Duration和VaryByParam。Duration参数用于设置页面或控件进行缓存的时间，其单位为秒。如下的设置表示缓存在60秒内有效：
<%@ OutputCache Duration=“60“ VaryByParam=“none“ %>

只要没有超过Duration设置的期限值，当用户访问相同的页面或控件时，就可以直接在缓存中获取。
使用VaryByParam参数可以根据设置的参数值建立不同的缓存。例如在一个输出天气预报结果的页面中，如果需要为一个ID为txtCity的TextBox控件建立缓存，其值将显示某城市的气温，那么我们可以进行如下的设置：
<%@ OutputCache Duration=”60” VaryByParam=”txtCity” %>

如此一来，ASP.NET会对txtCity控件的值进行判断，只有输入的值与缓存值相同，才从缓存中取出相应的值。这就有效地避免了因为值的不同而导致输出错误的数据。

利用缓存机制对性能的提升非常明显。通过ACT（Application Center Test）的测试，可以发现设置缓存后执行的性能比未设置缓存时的性能足足提高三倍多。

引入缓存看来是提高性能的“完美”解决方案，然而“金无足赤，人无完人”，缓存机制也有缺点，那就是数据过期的问题。一旦应用程序数据或者页面结果值发生的改变，那么在缓存有效期范围内，你所获得的结果将是过期的、不准确的数据。我们可以想一想股票系统利用缓存所带来的灾难，当你利用错误过期的数据去分析股市的风云变幻时，你会发现获得的结果真可以说是“失之毫厘，谬以千里”，看似大好的局面就会像美丽的泡沫一样，用针一戳，转眼就消失得无影无踪。

那么我们是否应该为了追求高性能，而不顾所谓“数据过期”所带来的隐患呢？显然，在类似于股票系统这种数据更新频繁的特定场景下，数据过期的糟糕表现甚至比低效的性能更让人难以接受。故而，我们需要在性能与数据正确性间作出权衡。所幸的是，.Net Framework 2.0引入了一种新的缓存机制，它为我们的“鱼与熊掌兼得”带来了技术上的可行性。

.Net 2.0引入的自定义缓存依赖项，特别是基于MS-SQL Server的SqlCacheDependency特性，使得我们可以避免“数据过期”的问题，它能够根据数据库中相应数据的变化，通知缓存，并移除那些过期的数据。事实上，在PetShop 4.0中，就充分地利用了SqlCacheDependency特性。

SqlCacheDependency特性

SqlCacheDependency特性实际上是通过System.Web.Caching.SqlCacheDependency类来体现的。通过该类，可以在所有支持的SQL Server版本（7.0，2000，2005）上监视特定的SQL Server数据库表，并创建依赖于该表以及表中数据行的缓存项。当数据表或表中特定行的数据发生更改时，具有依赖项的数据项就会失效，并自动从Cache中删除该项，从而保证了缓存中不再保留过期的数据。
由于版本的原因，SQL Server 2005完全支持SqlCacheDependency特性，但对于SQL Server 7.0和SQL Server 2000而言，就没有如此幸运了。毕竟这些产品出现在.Net Framework 2.0之前，因此它并没有实现自动监视数据表数据变化，通知ASP.NET的功能。解决的办法就是利用轮询机制，通过ASP.NET进程内的一个线程以指定的时间间隔轮询SQL Server数据库，以跟踪数据的变化情况。

要使得7.0或者2000版本的SQL Server支持SqlCacheDependency特性，需要对数据库服务器执行相关的配置步骤。有两种方法配置SQL Server：使用aspnet_regsql命令行工具，或者使用SqlCacheDependencyAdmin类。以上介绍ASP.NET缓存机制