細說ASP.NET Cache 及其進階用法--服務端緩衝__.net

閱讀目錄 開始 Cache的基本用途 Cache的定義 Cache常見用法 Cache類的特點 快取項目的到期時間 快取項目的依賴關係 - 依賴其它快取項目 快取項目的依賴關係 - 檔案依賴 快取項目的移除優先順序 快取項目的移除通知 巧用快取項目的移除通知 實現【延遲操作】 巧用快取項目的移除通知 實現【自動載入設定檔】 檔案監視技術的選擇 各種緩衝方案的共存

許多做過程式效能最佳化的人，或者關注過程程式效能的人，應該都使用過各類緩衝技術。 而我今天所說的Cache是專指ASP.NET的Cache，我們可以使用HttpRuntime.Cache訪問到的那個Cache，而不是其它的緩衝技術。

以前我在【我心目中的Asp.net核心對象】 這篇部落格中簡單地提過它，今天我打算為它寫篇專題部落格，專門來談談它，因為它實在是太重要了。在這篇部落格中， 我不僅要介紹它的一些常見用法，還將介紹它的一些進階用法。 在上篇部落格【在.net中讀寫config檔案的各種方法】 的結尾處，我給大家留了一個問題，今天，我將在這篇部落格中給出一個我認為較為完美的答案。

本文提到的【延遲操作】方法（如：延遲合并寫入資料庫）屬於我的經驗總結，希望大家能喜歡這個思路。 回到頂部 Cache的基本用途

提到Cache，不得不說說它的主要功能：改善程式效能。
ASP.NET是一種動態網頁面技術，用ASP.NET技術做出來的網頁幾乎都是動態，所謂動態是指：頁面的內容會隨著不同的使用者或者持續更新的資料， 而呈現出不同的顯示結果。既然是動態，那麼這些動態內容是從哪裡來的呢。我想絕大多數網站都有自己的資料來源， 程式通過訪問資料來源擷取頁面所需的資料，然後根據一些商務規則的計算處理，最後變成適合頁面展示的內容。

由於這種動態網頁面技術通常需要從資料來源擷取資料，並經過一些計算邏輯，最終變成一些HTML代碼發給用戶端顯示。而這些計算過程顯然也是有成本的。 這些處理成本最直接可表現為影響伺服器的響應速度，尤其是當資料的處理過程變得複雜以及訪問量變大時，會變得比較明顯。 另一方面，有些資料並非時刻在發生變化，如果我們可以將一些變化不頻繁的資料的最終計算結果（包括頁面輸出）緩衝起來， 就可以非常明顯地提升程式的效能，緩衝的最常見且最重要的用途就體現在這個方面。 這也是為什麼一說到效能最佳化時，一般都將緩衝擺在第一位的原因。 我今天要說到的ASP.NET Cache也是可以實現這種緩衝的一種技術。 不過，它還有其它的一些功能，有些是其它緩衝技術所沒有的。

回到頂部 Cache的定義

在介紹Cache的用法前，我們先來看一下Cache的定義：（說明：我忽略了一些意義不大的成員） 

ASP.NET為了方便我們訪問Cache，在HttpRuntime類中加了一個靜態屬性Cache，這樣，我們就可以在任意地方使用Cache的功能。 而且，ASP.NET還給它增加了二個“捷徑”：Page.Cache, HttpContext.Cache，我們通過這二個對象也可以訪問到HttpRuntime.Cache， 注意：這三者是在訪問同一個對象。Page.Cache訪問了HttpContext.Cache，而HttpContext.Cache又直接存取HttpRuntime.Cache 回到頂部 Cache常見用法

通常，我們使用Cache時，一般只有二個操作：讀，寫。
要從Cache中擷取一個快取項目，我們可以調用Cache.Get(key)方法，要將一個對象放入緩衝，我們可以調用Add, Insert方法。 然而，Add, Insert方法都有許多參數，有時我們或許只是想簡單地放入緩衝，一切接受預設值，那麼還可以調用它的預設索引器， 我們來看一下這個索引器是如何工作的：

public object this[string key]{    get    {        return this.Get(key);    }    set    {        this.Insert(key, value);    }}

可以看到：讀緩衝，其實是在調用Get方法，而寫緩衝則是在調用Insert方法的最簡單的那個重載版本。

注意了：Add方法也可以將一個對象放入緩衝，這個方法有7個參數，而Insert也有一個簽名類似的重載版本， 它們有著類似的功能：將指定項添加到 System.Web.Caching.Cache 對象，該對象具有依賴項、到期和優先順序策略以及一個委託（可用於在從 Cache 移除插入項時通知應用程式）。 然而，它們有一點小的區別：當要加入的快取項目已經在Cache中存在時，Insert將會覆蓋原有的快取項目，而Add則不會修改原有快取項目。

也就是說：如果您希望某個快取項目一旦放入緩衝後，就不要再被修改，那麼調用Add確實可以防止後來的修改操作。 而調用Insert方法，則永遠會覆蓋已存在項（哪怕以前是調用Add加入的）。

從另一個角度看，Add的效果更像是 static readonly 的行為，而Insert的效果則像 static 的行為。
注意：我只是說【像】，事實上它們比一般的static成員有著更靈活的用法。

由於快取項目可以讓我們隨時訪問，看起來確實有點static成員的味道，但它們有著更進階的特性，比如： 緩衝到期（絕對到期，滑動到期），緩衝依賴（依賴檔案，依賴其它快取項目），移除優先順序，緩衝移除前後的通知等等。 後面我將會分別介紹這四大類特性。 回到頂部 Cache類的特點

Cache類有一個很難得的優點，用MSDN上的說話就是：

此類型是安全執行緒的。

為什麼這是個難得的優點呢。因為在.net中，絕大多數類在實現時，都只是保證靜態類型的方法是安全執行緒， 而不考慮執行個體方法是安全執行緒。這也算是一條基本的.NET設計規範原則。
對於那些類型，MSDN通常會用這樣的話來描述：

此類型的公用靜態（在 Visual Basic 中為 Shared）成員是安全執行緒的。但不能保證任何執行個體成員是安全執行緒的。

所以，這就意味著我們可以在任何地方讀寫Cache都不用擔心Cache的資料在多線程環境下的資料同步問題。 多線程編程中，最複雜的問題就是資料的同步問題，而Cache已經為我們解決了這些問題。

不過我要提醒您：ASP.NET本身就是一個多線程的編程模型，所有的請求是由線程池的線程來處理的。 通常，我們在多線程環境中為瞭解決資料同步問題，一般是採用鎖來保證資料同步， 自然地，ASP.NET也不例外，它為瞭解決資料的同步問題，內部也是採用了鎖。

說到這裡，或許有些人會想：既然只一個Cache的靜態執行個體，那麼這種鎖會不會影響並發。
答案是肯定的，有鎖肯定會在一定程度上影響並發，這是沒有辦法的事情。
然而，ASP.NET在實現Cache時，會根據CPU的個數建立多個緩衝容器，盡量可能地減小衝突， 以下就是Cache建立的核心過程：

internal static CacheInternal Create(){    CacheInternal internal2;    int numSingleCaches = 0;    if( numSingleCaches == 0 ) {        uint numProcessCPUs = (uint)SystemInfo.GetNumProcessCPUs();        numSingleCaches = 1;        for( numProcessCPUs -= 1; numProcessCPUs > 0; numProcessCPUs = numProcessCPUs >> 1 ) {            numSingleCaches = numSingleCaches << 1;        }    }    CacheCommon cacheCommon = new CacheCommon();    if( numSingleCaches == 1 ) {        internal2 = new CacheSingle(cacheCommon, null, 0);    }    else {        internal2 = new CacheMultiple(cacheCommon, numSingleCaches);    }    cacheCommon.SetCacheInternal(internal2);    cacheCommon.ResetFromConfigSettings();    return internal2;}

說明：CacheInternal是個內部用的封裝類，Cache的許多操作都要由它來完成。

在上面的代碼中，numSingleCaches的計算過程很重要，如果上面代碼不容易理解，那麼請看我下面的範例程式碼： 

static void Main(){    for( uint i = 1; i <= 20; i++ )        ShowCount(i);            }static void ShowCount(uint numProcessCPUs){    int numSingleCaches = 1;    for( numProcessCPUs -= 1; numProcessCPUs > 0; numProcessCPUs = numProcessCPUs >> 1 ) {        numSingleCaches = numSingleCaches << 1;    }    Console.Write(numSingleCaches + ",");}

程式將會輸出：

1,2,4,4,8,8,8,8,16,16,16,16,16,16,16,16,32,32,32,32

CacheMultiple的建構函式如下：

internal CacheMultiple(CacheCommon cacheCommon, int numSingleCaches) : base(cacheCommon){    this._cacheIndexMask = numSingleCaches - 1;    this._caches = new CacheSingle[numSingleCaches];    for (int i = 0; i < numSingleCaches; i++)    {        this._caches[i] = new CacheSingle(cacheCommon, this, i);    }}

現在您應該明白了吧：CacheSingle其實是ASP.NET內部使用的緩衝容器，多個CPU時，它會建立多個緩衝容器。
在寫入時，它是如何定位這些容器的呢。請繼續看代碼：

internal CacheSingle GetCacheSingle(int hashCode){    hashCode = Math.Abs(hashCode);    int index = hashCode & this._cacheIndexMask;    return this._caches[index];}

說明：參數中的hashCode是直接調用我們傳的key.GetHashCode() ，GetHashCode是由Object類定義的。

所以，從這個角度看，雖然ASP.NET的Cache只有一個HttpRuntime.Cache靜態成員，但它的內部卻可能會包含多個緩衝容器， 這種設計可以在一定程度上減少並發的影響。

不管如何設計，在多線程環境下，共用一個容器，衝突是免不了的。如果您只是希望簡單的緩衝一些資料， 不需要Cache的許多進階特性，那麼，可以考慮不用Cache 。 比如：可以建立一個Dictionary或者Hashtable的靜態執行個體，它也可以完成一些基本的緩衝工作， 不過，我要提醒您：您要自己處理多線程訪問資料時的資料同步問題。
順便說一句：Hashtable.Synchronized(new Hashtable())也是一個安全執行緒的集合，如果想簡單點，可以考慮它。

接下來，我們來看一下Cache的進階特性，這些都是Dictionary或者Hashtable不能完成的。 回到頂部 快取項目的到期時間

ASP.NET支援二種快取項目的到期策略：絕對到期和滑動到期。
1. 絕對到期，這個容易理解：就是在緩衝放入Cache時，指定一個具體的時間。當時間到達指定的時間的時，快取項目自動從Cache中移除。
2. 滑動到期：某些快取項目，我們可能只希望在有使用者在訪問時，就盡量保留在緩衝中，只有當一段時間內使用者不再訪問該快取項目時，才移除它， 這樣可以最佳化記憶體的使用，因為這種策略可以保證緩衝的內容都是【很熱門】的。 作業系統的記憶體以及磁碟的緩衝不都是這樣設計的嗎。而這一非常有用的特性，Cache也為我們準備好了，只要在將快取項目放入緩衝時， 指定一個滑動到期時間就可以實現了。

以上二個選項分別對應Add, Insert方法中的DateTime absoluteExpiration, TimeSpan slidingExpiration這二個參數。
注意：這二個參數都是成對使用的，但不能同時指定它們為一個【有效】值，最多隻能一個參數值有效。 當不使用另一個參數項時，請用Cache類定義二個static readonly欄位賦值。

這二個參數比較簡單，我就不多說了，只說一句：如果都使用Noxxxxx這二個選項，那麼快取項目就一直儲存在緩衝中。（或許也會被移除）

回到頂部 快取項目的依賴關係 - 依賴其它快取項目

ASP.NET Cache有個很強大的功能，那就是緩衝依賴。一個快取項目可以依賴於另一個快取項目。 以下範例程式碼建立了二個快取項目，且它們間有依賴關係。首先請看頁面代碼： 

<body>    <p>Key1 的緩衝內容：<%= HttpRuntime.Cache["key1"] %></p>    <hr />            <form action="CacheDependencyDemo.aspx" method="post">        <input type="submit" name="SetKey1Cache" value="設定Key1的值" />        <input type="submit" name="SetKey2Cache" value="設定Key2的值" />    </form></body>

頁面後台代碼：

public partial class CacheDependencyDemo : System.Web.UI.Page{    [SubmitMethod(AutoRedirect=true)]    private void SetKey1Cache()    {        SetKey2Cache();        CacheDependency dep = new CacheDependency(null, new string