利用緩存提高ASP.NET網站速度

利用緩存提高ASP.NET網站速度

2010-7-14 21:52:00

     ASP.NET提供三種主要形式的緩存：頁面級輸出緩存、使用者控件級輸出緩存（或稱為片段緩存）和緩存API。輸出緩存和片段緩存的優點是非常易于實作，在大多數情況下，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（實際上是相當大的靈活性），可用于在應用程式的每一層利用緩存。本文全面介紹了這三種緩存技術在系統各層中的應用。

　　在ASP.NET提供的許多特性中，緩存支援無疑是我最欣賞的特性，我這樣說當然是有充分理由的。相比ASP.NET的所有其他特性，緩存對應用程式的性能具有最大的潛在影響，利用緩存和其他機制，ASP.NET開發人員可以接受使用開銷很大的控件（例如，DataGrid）建構站點時的額外開銷，而不必擔心性能會受到太大的影響。為了在應用程式中最大程度地利用緩存，您應該考慮在所有程式級别上都實作緩存的方法。

　　Steve的緩存提示

　　盡早緩存；經常緩存

　　您應該在應用程式的每一層都實作緩存。向資料層、業務邏輯層、UI或輸出層添加緩存支援。記憶體現在非常便宜-是以，通過以智能的方式在整個應用程式中實作緩存，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。這裡再次強調，記憶體現在非常便宜，是以，如果您能通過将輸出緩存30秒，而不是花上一整天甚至一周的時間嘗試優化代碼或資料庫就可以獲得所需的性能，您肯定會選擇緩存解決方案（假設可以接受30秒的舊資料）。緩存正是那些利用20%付出獲得80%回報的特性之一，是以，要提高性能，應該首先想到緩存。不過，如果設計很糟糕，最終卻有可能帶來不良的後果，是以，您當然也應該盡量正确地設計應用程式。但如果您隻是需要立即獲得足夠高的性能，緩存就是您的最佳選擇，您可以在以後有時間的時候再重新設計應用程式。

　　頁面級輸出緩存

　　作為最簡單的緩存形式，輸出緩存隻是在記憶體中保留為響應請求而發送的HTML的副本。其後再有請求時将提供緩存的輸出，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建立原始頁面輸出-發送緩存的輸出總是很快，并且比較穩定）。

　　實作

　　要實作頁面輸出緩存，隻要将一條OutputCache指令添加到頁面即可。

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

　　如同其他頁面指令一樣，該指令應該出現在ASPX頁面的頂部，即在任何輸出之前。它支援五個屬性（或參數），其中兩個是必需的。

　　Duration 必需屬性。頁面應該被緩存的時間，以秒為機關。必須是正整數。

　　Location 指定應該對輸出進行緩存的位置。如果要指定該參數，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，這些變量名應該産生單獨的緩存條目。“none”表示沒有變動。“*”可用于為每個不同的變量數組建立新的緩存條目。變量之間用“;”進行分隔。

　　VaryByHeader 基于指定的标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情況。例如，如果您的産品目錄允許使用者基于categoryID和頁變量檢視目錄頁，您可以用參數值為“categoryID;page”的VaryByParam将産品目錄緩存一段時間（如果産品不是随時都在改變，一小時還是可以接受的，是以，持續時間是3600秒）。這将為每個種類的每個目錄頁建立單獨的緩存條目。每個條目從其第一個請求算起将維持一個小時。

　　VaryByHeader和VaryByCustom主要用于根據通路頁面的用戶端對頁面的外觀或内容進行自定義。同一個URL可能需要同時為浏覽器和行動電話用戶端呈現輸出，是以，需要針對不同的用戶端緩存不同的内容版本。或者，頁面有可能已經針對IE進行了優化，針對Netscape或Opera則應取消這種優化功能。後一個例子非常普遍，我們将提供一個說明如何實作此目标的示例：

　　示例：VaryByCustom用于支援浏覽器自定義

　　為了使每個浏覽器都具有單獨的緩存條目，VaryByCustom的值可以設定為“browser”。此功能已經内置在緩存子產品中，并且将針對每個浏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，使用者控件輸出緩存

　　更多選項

　　除了上面提到的依賴項，我們還可以指定項的優先級（依次為low、high、NotRemovable，它們是在System.Web.Caching.CacheItemPriority枚舉中定義的）以及當緩存中的對象到期時調用的CacheItemRemovedCallback函數。大多數時候，預設的優先級已經足夠了-緩存引擎可以正常完成任務并處理緩存的記憶體管理。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，我将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());

　　}

　　該示例将使用AppendLog()方法中定義的任何邏輯來記錄緩存中的資料到期的原因。通過在從緩存中删除項時記錄這些項并記錄删除的原因，您可以确定是否在有效地使用緩存或者您是否可能需要增加伺服器上的記憶體。注意，callback是一個靜态（在VB中為Shared）方法，建議使用該方法的原因是，如果不使用它，儲存回調函數的類的執行個體将保留在記憶體中，以支援回調（對static/Shared方法則沒有必要）。

　　該特性有一個潛在的用處-在背景重新整理緩存的資料，這樣使用者永遠都不必等待資料被填充，但資料始終保持相對較新的狀态。但實際上，此特性并不适用于目前版本的緩存API，因為在從緩存中删除緩存的項之前，不觸發或不完成回調。是以，使用者将頻繁地發出嘗試通路緩存值的請求，然後發現緩存值為空，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，可以稱為CachedItemExpiredBut

　　NotRemovedCallback，如果定義了該回調，則必須在删除緩存項之前完成執行。

　　緩存資料引用模式

　　每當我們嘗試通路緩存中的資料時，都應該考慮到一種情況，那就是資料可能已經不在緩存中了。是以，下面的模式應該普遍适用于您對緩存的資料的通路。在這種情況下，我們假定已緩存的資料是一個資料表。

　　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;

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　　關于此模式，有以下幾點需要注意：

　　1) 某些值（例如，cacheKey、cacheItem和緩存持續時間）是一次定義的，并且隻定義一次。

　　2) 可以根據需要跳過緩存-例如，當注冊一個新客戶并重定向到客戶清單後，最好的做法可能就是跳過緩存，用最新資料重新填充緩存，該資料包括新插入的客戶。

　　3) 緩存隻能通路一次。這種做法可以提高性能，并確定不會發生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到期了。

　　4) 該模式使用強類型檢查。C#中的“as”運算符嘗試将對象轉換為類型，如果失敗或該對象為空，則隻傳回null（空）。

　　5) 持續時間存儲在配置檔案中。在理想的情況下，所有的緩存依賴項（無論是基于檔案的，或是基于時間的，還是其他類型的依賴項）都應該存儲在配置檔案中，這樣就可以進行更改并輕松地測量性能。我還建議您指定預設緩存持續時間，而且，如果沒有為所使用的cacheKey指定持續時間，就讓GetCacheSecondsFromConfig()方法使用該預設持續時間。

　　與本文相關的代碼示例（CachedDemo.msi，參見本書示例CD光牒）是一個helper類，它将處理上述所有情況，可以隻書寫一行或兩行代碼通路緩存的資料。

　　小結

　　緩存可以使應用程式的性能得到很大的提高，是以在設計應用程式以及對應用程式進行性能測試時應該予以考慮。應用程式總會或多或少地受益于緩存，當然有些應用程式比其他應用程式更适合使用緩存。對ASP.NET提供的緩存選項的深刻了解是任何ASP.NET開發人員應該掌握的重要技巧。

　　緩存整個頁面通常并不可行，因為頁面的某些部分是針對使用者定制的。不過，頁面的其他部分是整個應用程式共有的。這些部分最适合使用片段緩存和使用者控件進行緩存。此外，菜單和其他布局元素，尤其是那些從資料源動态生成的元素，也可以用這種方法進行緩存。

　　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援的任何一種頁面或控件狀态改變

　　一旦對某些控件進行了緩存，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。

　　片段緩存使用的文法與頁面級輸出緩存一樣，但其應用于使用者控件（.ascx檔案）而不是Web窗體（.aspx檔案）。除了Location屬性，對于OutputCache在Web窗體上支援的所有屬性，使用者控件也同樣支援。使用者控件還支援名為VaryByControl的OutputCache屬性，該屬性将根據使用者控件（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。最後，在預設情況下，對每個頁面上的每個使用者控件都單獨進行緩存。不過，如果一個使用者控件不随應用程式中的頁面改變，并且在所有頁面都使用相同的名稱，則可以設定參數Shared的值為“true”，該參數将使使用者控件的緩存版本供引用該控件的所有頁面使用。

　　示例

　　該示例将緩存使用者控件60秒，并且将針對查詢字元串的每個變動、針對此控件所在的每個頁面建立單獨的緩存條目。

　　<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="none"

　　VaryByControl="CategoryDropDownList" %>

　　該示例将緩存使用者控件60秒，并且将針對CategoryDrop

　　DownList控件的每個不同的值、針對此控件所在的每個頁面建立單獨的緩存條目。

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

　　Shared="true" %>

　　最後，該示例将緩存使用者控件60秒，并且将針對每個浏覽器名稱和主要版本建立一個緩存條目。然後，每個浏覽器的緩存條目将由引用此使用者控件的所有頁面共享（隻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

　　頁面級和使用者控件級輸出緩存的确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資料對象，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後經過的時間、自從某對象上次被通路後經過的時間、對檔案或檔案夾的更改以及對其他緩存對象的更改，在略作處理後還可以包括對資料庫中特定表的更改。

　　在Cache中存儲資料

　　在Cache中存儲資料的最簡單的方法就是使用一個鍵為其指派，就像HashTable或Dictionary對象一樣：

　　Cache["key"] = "value";

　　這種做法将在緩存中存儲項，同時不帶任何依賴項，是以它不會到期，除非緩存引擎為了給其他緩存資料提供空間而将其删除。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()之間的唯一差別是，Add()傳回對已緩存對象的引用，而Insert()沒有傳回值（在C#中為空，在VB中為Sub）。

　　Cache.Insert("key", myXMLFileData, new

　　System.Web.Caching.CacheDependency(Server.MapPath("users.xml")));

　　該示例可将檔案中的xml資料插入緩存，無需在以後請求時從檔案讀取。CacheDependency的作用是確定緩存在檔案更改後立即到期，以便可以從檔案中提取最新資料，重新進行緩存。如果緩存的資料來自若幹個檔案，還可以指定一個檔案名的數組。

　　Cache.Insert("dependentkey", myDependentData, new

　　System.Web.Caching.CacheDependency(new string[] {}, new string[]

　　{"key"}));

　　該示例可插入鍵值為“key”的第二個資料塊（取決于是否存在第一個資料塊）。如果緩存中不存在名為“key”的鍵，或者如果與該鍵相關聯的對象已到期或被更新，則“dependentkey”的緩存條目将到期。

　　Cache.Insert("key", myTimeSensitiveData, null,

　　DateTime.Now.AddMinutes(1), TimeSpan.Zero);

　　絕對到期：此示例将對受時間影響的資料緩存一分鐘，一分鐘過後，緩存将到期。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,