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ASP.NET緩存管理的幾種方法

盡管緩存管理在Windows應(yīng)用程序中已經(jīng)不再是個(gè)問題，但在web環(huán)境下依然是個(gè)挑戰(zhàn)。因?yàn)镠TTP是一個(gè)無狀態(tài)的協(xié)議并且web服務(wù)無法識別不同請求的用戶。識別不同的請求究竟是哪個(gè)特定用戶發(fā)出的，并且存儲這些信息以便它在以后請求中能被重新使用，對我們來說非常重要。ASP.NET提供了很多特性用來在客戶端和服務(wù)器端存儲這些數(shù)據(jù)，但是有時(shí)我們會(huì)對“我們什么時(shí)候使用它們（哪個(gè)）”感到疑惑。在ASP.NET中，我們會(huì)遇到像Session，Application以及Cache這些對象，為了有效地在web應(yīng)用中有效地使用它們，理解他們之間的不同對我們來說非常重要。

背景

在這篇文章中，我將談到在ASP.NET中不同的緩存管理方法。在web應(yīng)用中，有時(shí)需要在服務(wù)端存儲數(shù)據(jù)以避免從數(shù)據(jù)庫檢索數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)格式化邏輯所需的開銷來提高性能，同時(shí)在接下來的請求中我們可以跨用戶、跨應(yīng)用、跨機(jī)器地重用同樣的數(shù)據(jù)。所以，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的我們需要在服務(wù)端緩存數(shù)據(jù)。

緩存幫我們在3個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了提高服務(wù)質(zhì)量

•性能（Performance）-通過減少檢索數(shù)據(jù)和格式化操作開銷，緩存提高了應(yīng)用程序的性能。
•可伸縮性（Scalability）-由于緩存減少了檢索數(shù)據(jù)和格式化操作的開銷，它降低了服務(wù)端的負(fù)載，因而提高了應(yīng)用程序的可伸縮性。
•可用性（Availability）-由于應(yīng)用程序從緩存中讀取數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序可以在其它系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫連接失敗時(shí)繼續(xù)運(yùn)行。
不同方法

在web應(yīng)用中，我們可以在服務(wù)端和客戶端緩存數(shù)據(jù)、頁面等。我們分別來看一下在服務(wù)端和客戶端緩存。

服務(wù)端緩存管理

ASP.NET Session state

Session用來緩存每個(gè)用戶的信息。這意味著這些數(shù)據(jù)是不能跨用戶共享的，它只限定了創(chuàng)建這個(gè)會(huì)話（Session）的用戶來使用它。ASP.NET中Session就是用來區(qū)分用戶的。

Session能用三種方式來托管：

•進(jìn)程內(nèi)（Inproc）-會(huì)話狀態(tài)存儲在aspnet_wp.exe進(jìn)程中。當(dāng)應(yīng)用程序域回收時(shí)Session數(shù)據(jù)會(huì)丟失。
•狀態(tài)服務(wù)器（StateServer）-會(huì)話狀態(tài)存儲在不同的進(jìn)程內(nèi)，可以在不同的機(jī)器上。因?yàn)樗梢源鎯υ诓煌臋C(jī)器上，所以這個(gè)選項(xiàng)支持網(wǎng)站群。
•Sql數(shù)據(jù)庫（SQLServer）-會(huì)話狀態(tài)存儲在SqlServer數(shù)據(jù)庫中，這個(gè)選項(xiàng)也支持網(wǎng)站群。
對于狀態(tài)服務(wù)器和Sql數(shù)據(jù)庫來說，這兩者都需要對緩存的對象進(jìn)行序列化，因?yàn)橐彺娴臄?shù)據(jù)是要緩存到應(yīng)用程序進(jìn)程之外的。這兩種方式都會(huì)影響性能因?yàn)閿?shù)據(jù)檢索與存儲需要話費(fèi)更多時(shí)間相對進(jìn)程內(nèi)緩存來說。所以要根據(jù)具體需要以確定使用哪種緩存方式。

下面示例代碼展示了如何使用Session

復(fù)制代碼代碼如下:

string empNum = Request.QueryString["empnum"];
if (empNum != null)
{
string details = null;

    if (Session["EMP_DETAILS"] == null)
    {
        //Get Employee Details for employee number passed
        details = GetEmployeeDetails(Convert.ToInt32(empNum));

        Session["EMP_DETAILS"] = details;
    }
    else
    {
        details = Session["EMP_DETAILS"];
    }

//send it to the browser
Response.Write(details);
}

ASP.NET application object

ASP.NET提供了一個(gè)叫Application的對象用來存儲所有用戶都可以訪問的數(shù)據(jù)。這個(gè)對象的生命周期與應(yīng)用程序的生命周期一樣，當(dāng)應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)這個(gè)對象會(huì)被重新創(chuàng)建。與Session對象不同，Application對象可以被所有用戶請求，因?yàn)檫@個(gè)對象是在應(yīng)用程序域中創(chuàng)建和管理的，因而它也是不能在Web網(wǎng)站群中使用的。Application對象非常適合存儲應(yīng)用程序元數(shù)據(jù)（Config file data），這種數(shù)據(jù)可以被裝載到Application對象中并且在整個(gè)應(yīng)用程序周期中每個(gè)用戶請求都可以訪問其中的對象而不用重新裝載。但是如果有這樣的需求：在應(yīng)用程序運(yùn)行中無論什么時(shí)候?qū)onfig文件做了修改緩存數(shù)據(jù)必需失效，這時(shí)Application方式就不能提供這樣的支持了。在這種情況下，就要考慮cache對象了，下面介紹cache對象的使用。

ASP.NET cache object

ASP.NET cache object是我最喜歡的緩存機(jī)制，這是為什么我在這里要多說一些的原因。ASP.NET提供了一個(gè)鍵-值對（key-value pair）對象--cache對象，它可以在system.web.caching名稱空間中得到。它的范圍是應(yīng)用程序域，生命周期和應(yīng)用程序生命周期一致。與Session對象不同，它是可以被不同用戶來訪問的。

盡管Application和Cache對象非常相似，主要區(qū)別在于Cache對象有擁有更多的特性，像過期策略、緩存依賴。它意味著數(shù)據(jù)存儲在緩存對象可以根據(jù)預(yù)定義時(shí)間或它依賴的實(shí)體變化時(shí)過期或清楚，而這個(gè)特性Application對象是不支持的。

讓我們來討論下它支持的過期策略和緩存的依賴吧。

依賴

依賴意味著緩存的對象會(huì)被清除當(dāng)依賴的實(shí)體發(fā)生變化時(shí)。所以可以定義一個(gè)依賴關(guān)系當(dāng)依賴的對象發(fā)生變化時(shí)清除對應(yīng)緩存對象。ASP.NET支持了兩種依賴對象。

•文件依賴（File Dependency）-它提供了這樣一種機(jī)制，當(dāng)磁盤文件無論何時(shí)發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)清除緩存對象。舉例來說，我的應(yīng)用程序使用XML存儲錯(cuò)誤信息（錯(cuò)誤號和錯(cuò)誤消息的映射），用錯(cuò)誤號來檢索錯(cuò)誤消息。每次當(dāng)我想讀取錯(cuò)誤消息的時(shí)候，我不是每次都從磁盤去讀取，而是當(dāng)應(yīng)用啟動(dòng)的時(shí)候?qū)⑵浞诺紺ache緩存里以便以后檢索的時(shí)候再用。在程序運(yùn)行過程中，當(dāng)我添加新的錯(cuò)誤信息或者修改已有的錯(cuò)誤信息時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況呢？我需要停止程序運(yùn)行去修改這些信息嗎？根本不用，當(dāng)做這樣修改的時(shí)候，Cache緩存中的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)失效，這就是文件緩存依賴。
下面例子顯示了如何使用文件緩存來使Cache緩存失效的。所以，無論任何時(shí)候?qū)rror.xml文件作出修改時(shí)，緩存條目都會(huì)自動(dòng)失效。

復(fù)制代碼代碼如下:

object errorData;
 //Load errorData from errors.xml 
 CacheDependency fileDependency = 
     new CacheDependency(Server.MapPath("errors.xml")); 
 Cache.Insert("ERROR_INFO", errorData, fileDependency);

•鍵依賴（Key Dependency）-鍵依賴和文件依賴非常相似，唯一的區(qū)別在于它不是依賴文件而是依賴其它條目，當(dāng)Cache依賴的條目發(fā)生改變時(shí)或被刪除時(shí)，緩存會(huì)自動(dòng)失效。這種方法對相互依賴的對象增加到緩存中，而且當(dāng)主對象發(fā)生變化時(shí)這些相互依賴的緩存對象都要被釋放的情況下很有用。例如，員工號、姓名、薪水同時(shí)增加到了緩存當(dāng)中，如果員工號發(fā)生了改變或被刪除，所有緩存中的員工信息都會(huì)被清除。在這個(gè)例子中，員工號在員工信息中充當(dāng)依賴項(xiàng)。
下面例子顯示了如何使用鍵依賴來使緩存失效的。

復(fù)制代碼代碼如下:

string[] relatedKeys = new string[1]; 
relatedKeys[0] = "EMP_NUM";
CacheDependency keyDependency = new CacheDependency(null, relatedKeys); 
Cache["EMP_NUM"] = 5435;
Cache.Insert("EMP_NAME", "Shubhabrata", keyDependency);
Cache.Insert("EMP_ADDR", "Bhubaneswar", keyDependency);
Cache.Insert("EMP_SAL", "5555USD", keyDependency);

過期策略（Expiration Policy）

過期策略定義了如何以及何時(shí)讓緩存的對象過期的。

•基于時(shí)間的過期（Time based expiration）-基于時(shí)間的過期提供了讓用戶為緩存對象預(yù)定義過期的時(shí)間。這個(gè)預(yù)定義時(shí)間可以是一個(gè)絕對時(shí)間如到2005年10月31號12點(diǎn)，或者相對時(shí)間，相對于緩存對象的存入時(shí)間。

復(fù)制代碼代碼如下:

//Absolute Expiration
Cache.Insert("EMP_NAME", "Shubhabrata", null,
DateTime.Now.AddDays(1), Cache.NoSlidingExpiration);

//Sliding Expiration
Cache.Insert("EMP_NAME", "Shubhabrata", null,
Cache.NoAbsoluteExpiration, TimeSpan.FromSeconds(60));

怎樣知道一個(gè)緩存對象被清除了？

上面的例子描述了如何清除緩存對象，但有時(shí)我們需要知道什么時(shí)候?qū)ο髲木彺嬷星宄？梢?，我們通過使用回調(diào)來實(shí)現(xiàn)。在上面錯(cuò)誤信息的例子中，無論任何時(shí)候error.xml發(fā)生變化時(shí)，緩存的對象就會(huì)被清除。假設(shè)我們想要更新緩存與最新的錯(cuò)誤消息。何時(shí)從緩存中清除對象，我們可以使用回調(diào)（Callback）來做進(jìn)一步處理（重新加載對象到緩存中）。

下面例子顯示了如何在緩存過期時(shí)使用回調(diào)的場景。

復(fù)制代碼代碼如下:

private void AddItemsToCache()
{
    int empNum = 5435;
    CacheItemRemovedCallback onEmpDetailsRemove =
                    new CacheItemRemovedCallback(EmpDetailsRemoved);
    Cache.Insert("EMP_NUM", empNum, null,
                              Cache.NoAbsoluteExpiration,
                              Cache.NoSlidingExpiration,
                              CacheItemPriority.Default,
                              onEmpDetailsRemove);
}

private void EmpDetailsRemoved(string key, object val,
                              CacheItemRemovedReason reason)
{
    //When the item is expired
    if (reason == CacheItemRemovedReason.Expired)
    {
        //Again add it to the Cache
        AddItemsToCache();BR>    }
}

在上面的例子中，你必須注意CacheItemPriority這個(gè)參數(shù)，它和Callback參數(shù)一起使用。CacheItemPriority用來設(shè)置增加到緩存中的對象的優(yōu)先級。這個(gè)優(yōu)先權(quán)告訴Cache當(dāng)內(nèi)存一旦很低時(shí)，這個(gè)優(yōu)先級會(huì)指示對象的釋放順序。這個(gè)過程被稱為清除（scavenging）。

.NET Remoting

你也許會(huì)想.NET remoting如何用于數(shù)據(jù)緩存?當(dāng)我第一次聽到這個(gè)問題時(shí)，這個(gè)問題就進(jìn)到了我的腦海中。正如你所知道的.NET Remoting通過單例把對象共享給各個(gè)客戶端，所以使用單例的對象可以用來緩存數(shù)據(jù)以共享數(shù)據(jù)給各個(gè)不同的客戶端。因?yàn)?NET Remoting可以運(yùn)行在進(jìn)程和機(jī)器之外，當(dāng)我們想要緩存對象并且跨服務(wù)、跨用戶、尤其是用在網(wǎng)站群時(shí)，這個(gè)特性非常有用。這種方法我們可以將數(shù)據(jù)緩存到單例對象的數(shù)據(jù)成員里并且提供方法去讀取和存儲數(shù)據(jù)。當(dāng)我們實(shí)現(xiàn)這種方法時(shí)，我們必須確保緩存的remoting對象不被垃圾回收器清除了。因而我們必須設(shè)置Remoting對象的緩存永不過期以至永遠(yuǎn)不會(huì)超時(shí)。我們可以重寫InitializeLifetimeService和MarshalByRefObject方法使它們返回Null。但是這樣做的主要問題是性能，通過分析使用這種方法比其它方法的性能都差。不管怎樣，應(yīng)該由設(shè)計(jì)師或開發(fā)者根據(jù)具體需求選擇出最合適的方法。

內(nèi)存映射文件（Memory-Mapping files）

大家都知道內(nèi)存映射文件是什么，它基于映射到物理磁盤上的文件到應(yīng)用程序存儲空間的一個(gè)特定的地址范圍。這種方式允許不同的進(jìn)程使用相同的數(shù)據(jù)從而增加應(yīng)用程序的性能。因?yàn)槭褂脙?nèi)存映射文件在ASP.NET應(yīng)用中并不流行，我個(gè)人也不建議使用這種方法因?yàn)樗黾恿顺绦虻膹?fù)雜性，并且.NET Framework也不支持這樣。但是如果有人喜歡使用這種方法的話，他必須為他們的需求開發(fā)出自定義的解決方案。

靜態(tài)變量（Static variables）

我們可以使用靜態(tài)變量來存儲全局的數(shù)據(jù)或?qū)ο?，以便在整個(gè)應(yīng)用程序生命周期來訪問它。同樣地，我們也可以使用靜態(tài)對象來緩存數(shù)據(jù)，并且可以提供方法來從緩存中檢索和存儲數(shù)據(jù)。因?yàn)殪o態(tài)對象存儲在進(jìn)程中，性能非?？臁５怯渺o態(tài)變量實(shí)現(xiàn)過期策略和緩存依賴是非常復(fù)雜的，我還是比較喜歡使用Cache相比用靜態(tài)變量。另一個(gè)問題是用戶自定義緩存對象必須是線程安全的，所以實(shí)現(xiàn)它必須特別小心。

自定義靜態(tài)緩存可以用下面方法實(shí)現(xiàn)：

復(fù)制代碼代碼如下:

public class CustomCache
{
    //Synchronized to implement thread-safe
    static Hashtable _myCache = 
             Hashtable.Synchronized(new Hashtable());

    public static object GetData(object key)
    {
        return _myCache[key];
    }

    public static void SetData(object key, object val)
    {
        _myCache[key] = val;
    }
}

數(shù)據(jù)庫

我們可以使用數(shù)據(jù)庫來存儲數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)跨用戶、跨機(jī)器的數(shù)據(jù)共享。當(dāng)我們想要緩存非常大的數(shù)據(jù)對象時(shí)，這是一種非常好的方式。使用這種方式來存儲小的數(shù)據(jù)是得不償失的（性能低），用于存儲少量數(shù)據(jù)可以尋找其它進(jìn)程內(nèi)的緩存機(jī)制。存儲到數(shù)據(jù)庫中的緩存數(shù)據(jù)需要經(jīng)過序列化成XML來方便存儲和檢索，在.NET Framework中我們也可以使用其它類型的序列化格式。

頁面輸出緩存（ASP.NET page output caching)

有時(shí)，我們的web應(yīng)用程序在一定的時(shí)間范圍內(nèi)對于某些頁面來說是不會(huì)變化的，例如HR站點(diǎn)中，員工工資信息不會(huì)頻繁地變動(dòng)，它們在一個(gè)月一般只變動(dòng)一次。一般來說都是在一個(gè)月的第一天發(fā)生變化。所以，對特定的員工來說，一個(gè)月中這個(gè)員工的頁面內(nèi)容是不會(huì)變化的。所以，把這些頁面在服務(wù)器上緩存起來以避免每次請求重新計(jì)算的過程，這真是個(gè)不錯(cuò)的主意。為了達(dá)到這個(gè)目的，.NET為我們提供了在服務(wù)端指定特定時(shí)間緩存輸出頁面的特性；它也提供了緩存頁面片段的特性。在這兒我不再詳細(xì)去描述這種緩存方法了，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)上有很多關(guān)于這方面的詳細(xì)介紹。這是一個(gè)非常長的部分如果我們現(xiàn)在討論它，我計(jì)劃在其它章節(jié)去討論它。

復(fù)制代碼代碼如下:

!-- VaryByParm - different versions of same page will be 
cached based on the parameter sent through HTTP Get/Post
Location - where the page is cached -->
%@OutputCache Duration="60" VaryByParam="empNum" 
                                       Location="Server"%>

我們來對比一下我們所討論的這些緩存：

方法	是否支持網(wǎng)站群？	備注
ASP.NET Session State - InProc - StateSerer - SQLServer	No Yes Yes	Unlike other option, it stores only user session specific data
ASP.NET Application Object	No
ASP.NET Cache Object	No
.NET Remoting	Yes
Memory-Mapped files	No
Static Variables	No
Database	Yes
ASP.NET Page Output Caching	No

客戶端緩存管理

在上面章節(jié)中我們討論了在服務(wù)端的不通緩存方式，但有時(shí)我們希望能在客戶端緩存數(shù)據(jù)和頁面以提高性能。使用客戶端緩存可以降低服務(wù)端的負(fù)載壓力，但這種緩存機(jī)制卻存在安全問題因?yàn)閿?shù)據(jù)是存儲在客戶端。在客戶端緩存也有不同的方式，我將簡單地談到幾種。

Cookie對web開發(fā)人員中是非常熟悉的概念，Cookie存儲在客戶端，當(dāng)客戶端每次發(fā)送請求時(shí)都會(huì)將它發(fā)送到服務(wù)端，服務(wù)端響應(yīng)時(shí)也會(huì)把它發(fā)回到客戶端。因?yàn)樗拗屏俗止?jié)數(shù)（4096個(gè)字節(jié)），所以它只能緩存比較小的數(shù)據(jù)。它可以使用過期策略使它在一段特定的時(shí)間之后失效。下面的例子顯示了在ASP.NET中如何使用Cookie。

復(fù)制代碼代碼如下:

if (this.Request.Cookies["MY_NAME"] == null) 
{ 
    this.Response.Cookies.Add(new HttpCookie("MY_NAME", 
                                       "Shubhabrata Mohanty")); 
} 
else 
{ 
    this.Response.Write(this.Request.Cookies["MY_NAME"].Value); 
}

ViewState

.NET ViewState是一個(gè)新的概念。和頁面相關(guān)的數(shù)據(jù)和控件都是存儲在ViewState，這些保留值可以跨多個(gè)請求道服務(wù)器。如果你還記得，在VB-ASP應(yīng)用開發(fā)中跨多個(gè)請求存儲數(shù)據(jù)是通過Hidden控件的。事實(shí)上ViewState在ASP.NET是隱藏控件的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但對比隱藏控件它做了散列化以增加安全性。去看ViewState是如何實(shí)現(xiàn)的，你可以打開頁面查看源代碼。ViewState也不能存儲大量數(shù)據(jù)因?yàn)樗總€(gè)請求都會(huì)發(fā)送到服務(wù)端。

復(fù)制代碼代碼如下:

protected void Page_Load(object sender, EventArgs e) 
{
    if (this.ViewState["MY_NAME"] == null) 
    { 
        this.ViewState["MY_NAME"] = "Shubhabrata Mohanty";
    } 

    //txtName is a TextBox control 
    this.txtName.Text = this.ViewState["MY_NAME"].ToString(); 
}

Hidden fields

Hidden field在VB-ASP Web開發(fā)中非常流行。Hidden fields和其它控件的使用非常相似，但它在輸出頁面上是看不到的。和ViewState一樣它也不能存儲大量數(shù)據(jù)。注：隱藏框架（Hidden frames）可以在客戶端緩存數(shù)據(jù)，但不是所有瀏覽器都支持隱藏框架。

復(fù)制代碼代碼如下:

!--In ASP.NET-->
asp:HiddenField ID="myHiddenField" Value="Shubhabrata" 
                                             runat="server" />
!--In HTML-->
input id="myHiddenField" type="hidden" value="Shubhabrata" />

微軟IE瀏覽器緩存

因?yàn)槲覀兪窃谡務(wù)撐④浀腁SP.NET，為什么不討論一下微軟的另外一種緩存能力呢？微軟的IE瀏覽器提供了另一種機(jī)制在客戶端緩存頁面，這可以使用EXPIRES設(shè)置指令添加到HTML頁面或在IIS中手動(dòng)設(shè)置。到IIS中的HTTP標(biāo)簽屬性窗口,然后選擇使內(nèi)容過期復(fù)選框。我們可以使用這個(gè)設(shè)置在客戶端緩存靜態(tài)網(wǎng)頁和圖片。

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標(biāo)簽：衡水萍鄉(xiāng) 棗莊蚌埠江蘇大理廣元衢州

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