盡管緩存管理在Windows應(yīng)用程序中已經(jīng)不再是個問題，但在web環(huán)境下依然是個挑戰(zhàn)。因為HTTP是一個無狀態(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)，但是有時我們會對“我們什么時候使用它們（哪個）”感到疑惑。在ASP.NET中，我們會遇到像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，同時在接下來的請求中我們可以跨用戶、跨應(yīng)用、跨機器地重用同樣的數(shù)據(jù)。所以，為了實現(xiàn)這個目的我們需要在服務(wù)端緩存數(shù)據(jù)。
緩存幫我們在3個方面實現(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)庫連接失敗時繼續(xù)運行。
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)建這個會話（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：
•進程內(nèi)（Inproc）-會話狀態(tài)存儲在aspnet_wp.exe進程中。當應(yīng)用程序域回收時Session數(shù)據(jù)會丟失。
•狀態(tài)服務(wù)器（StateServer）-會話狀態(tài)存儲在不同的進程內(nèi)，可以在不同的機器上。因為它可以存儲在不同的機器上，所以這個選項支持網(wǎng)站群。
•Sql數(shù)據(jù)庫（SQLServer）-會話狀態(tài)存儲在SqlServer數(shù)據(jù)庫中，這個選項也支持網(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行序列化，因為要緩存的數(shù)據(jù)是要緩存到應(yīng)用程序進程之外的。這兩種方式都會影響性能因為數(shù)據(jù)檢索與存儲需要話費更多時間相對進程內(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)。這個對象的生命周期與應(yīng)用程序的生命周期一樣，當應(yīng)用程序啟動時這個對象會被重新創(chuàng)建。與Session對象不同，Application對象可以被所有用戶請求，因為這個對象是在應(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對象中并且在整個應(yīng)用程序周期中每個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)用程序運行中無論什么時候?qū)onfig文件做了修改緩存數(shù)據(jù)必需失效，這時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)定義時間或它依賴的實體變化時過期或清楚，而這個特性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被清除當依賴的實體發(fā)生變化時。所以可以定義一個依賴關(guān)系當依賴的對象發(fā)生變化時清除對應(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制，當磁盤文件無論何時發(fā)生變化時自動清除緩存對象。舉例來說，我的應(yīng)用程序使用XML存儲錯誤信息（錯誤號和錯誤消息的映射），用錯誤號來檢索錯誤消息。每次當我想讀取錯誤消息的時候，我不是每次都從磁盤去讀取，而是當應(yīng)用啟動的時候?qū)⑵浞诺紺ache緩存里以便以后檢索的時候再用。在程序運行過程中，當我添加新的錯誤信息或者修改已有的錯誤信息時，會發(fā)生什么情況呢？我需要停止程序運行去修改這些信息嗎？根本不用，當做這樣修改的時候，Cache緩存中的數(shù)據(jù)會自動失效，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，無論任何時候?qū)rror.xml文件作出修改時，緩存條目都會自動失效。
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Cache依賴的條目發(fā)生改變時或被刪除時，緩存會自動失效。這種方法對相互依賴的對象增加到緩存中，而且當主對象發(fā)生變化時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、薪水同時增加到了緩存當中，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被清除。在這個例子中，員工號在員工信息中充當依賴項。
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讓緩存的對象過期的。
•基于時間的過期（Time based expiration）-基于時間的過期提供了讓用戶為緩存對象預(yù)定義過期的時間。這個預(yù)定義時間可以是一個絕對時間如到2005年10月31號12點，或者相對時間，相對于緩存對象的存入時間。
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，但有時我們需要知道什么時候?qū)ο髲木彺嬷星宄？梢裕覀兺ㄟ^使用回調(diào)來實現(xiàn)。在上面錯誤信息的例子中，無論任何時候error.xml發(fā)生變化時，緩存的對象就會被清除。假設(shè)我們想要更新緩存與最新的錯誤消息。何時從緩存中清除對象，我們可以使用回調(diào)（Callback）來做進一步處理（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。這個優(yōu)先權(quán)告訴Cache當內(nèi)存一旦很低時，這個優(yōu)先級會指示對象的釋放順序。這個過程被稱為清除（scavenging）。
.NET Remoting
你也許會想.NET remoting如何用于數(shù)據(jù)緩存?當我第一次聽到這個問題時，這個問題就進到了我的腦海中。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)給各個不同的客戶端。因為.NET Remoting可以運行在進程和機器之外，當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，這個特性非常有用。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)。當我們實現(xiàn)這種方法時，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不會超時。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特定的地址范圍。這種方式允許不同的進程使用相同的數(shù)據(jù)從而增加應(yīng)用程序的性能。因為使用內(nèi)存映射文件在ASP.NET應(yīng)用中并不流行，我個人也不建議使用這種方法因為它增加了程序的復(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螅员阍谡麄€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)。因為靜態(tài)對象存儲在進程中，性能非?？臁５怯渺o態(tài)變量實現(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。另一個問題是用戶自定義緩存對象必須是線程安全的，所以實現(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)來實現(xiàn)跨用戶、跨機器的數(shù)據(jù)共享。當我們想要緩存非常大的數(shù)據(jù)對象時，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)可以尋找其它進程內(nèi)的緩存機制。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，我們的web應(yīng)用程序在一定的時間范圍內(nèi)對于某些頁面來說是不會變化的，例如HR站點中，員工工資信息不會頻繁地變動，它們在一個月一般只變動一次。一般來說都是在一個月的第一天發(fā)生變化。所以，對特定的員工來說，一個月中這個員工的頁面內(nèi)容是不會變化的。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算的過程，這真是個不錯的主意。為了達到這個目的，.NET為我們提供了在服務(wù)端指定特定時間緩存輸出頁面的特性；它也提供了緩存頁面片段的特性。在這兒我不再詳細去描述這種緩存方法了，因為網(wǎng)絡(luò)上有很多關(guān)于這方面的詳細介紹。這是一個非常長的部分如果我們現(xiàn)在討論它，我計劃在其它章節(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)端的負載壓力，但這種緩存機制卻存在安全問題因為數(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。
Cookies
Cookie對web開發(fā)人員中是非常熟悉的概念，Cookie存儲在客戶端，當客戶端每次發(fā)送請求時都會將它發(fā)送到服務(wù)端，服務(wù)端響應(yīng)時也會把它發(fā)回到客戶端。因為它限制了字節(jié)數(shù)（4096個字節(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)中跨多個請求存儲數(shù)據(jù)是通過Hidden控件的。事實上ViewState在ASP.NET是隱藏控件的內(nèi)部實現(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)因為它每個請求都會發(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
因為我們是在談?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中手動設(shè)置。到IIS中的HTTP標簽屬性窗口,然后選擇使內(nèi)容過期復(fù)選框。我們可以使用這個設(shè)置在客戶端緩存靜態(tài)網(wǎng)頁和圖片。
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