【缓存】系统缓存全解析 (上)

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【缓存】系统缓存全解析 (上)

2024-10-29 11:07:39 210人阅读

有时候总听到网友说网站运行好慢，不知如何是好；有时候也总见到一些朋友写的网站功能看起来非常好，但访问性能却极其的差。没有“勤俭节约”的意识，势必会造成“铺张浪费”。如何应对这种情况，充分利用系统缓存则是首要之道。

系统缓存有什么好处呢？举个简单的例子，你想通过网页查询某些数据，而这些数据并非实时变化，或者变化的时间是有期限的。例如查询一些历史数据。那么每个用户每次查的数据都是一样的。如果不设置缓存，ASP.NET也会根据每个用户的请求重复查询n次，这就增加了不必要的开销。所以，可能的情况下尽量使用缓存，从内存中返回数据的速度始终比去数据库查的速度快，因而可以大大提供应用程序的性能。毕竟现在内存非常便宜，用空间换取时间效率应该是非常划算的。尤其是对耗时比较长的、需要建立网络链接的数据库查询操作等。

缓存功能是大型网站设计一个很重要的部分。由数据库驱动的Web应用程序，如果需要改善其性能，最好的方法是使用缓存功能。

1、缓存的分类

从分布上来看，我们可以概括为客户端缓存和服务器端缓存。

技术分享

客户端缓存—— 这点大家都有直观的印象。比如你去一个新的网站，第一次可能要花一阵子时间才能载入整个页面。而以后再去呢，时间就会大大的缩短，原因就在于这个客户端缓存。现在的浏览器都比较智能，它会在客户机器的硬盘上保留许多静态的文件，比如各种gif,jpeg文件等等。等以后再去的时候，它会尽量使用本地缓存里面的文件。只有服务器端的文件更新了，或是缓存里面的文件过期了，它才会再次从服务器端下载这些东西。很多时候是IE替我们做了这件事情。

服务器端缓存—— 有些东西没法或是不宜在客户端缓存，那么我们只好在服务器端想想办法了。服务器端缓存从性质上看，又可以分为两种。

(1)静态文件缓存

好多页面是静态的，很少改动，那么这种文件最适于作静态缓存。现在的IIS 6.0这部分内容是直接存放在Kernel的内存中，由HTTP.SYS直接管理。由于它在Kernel Space，所以它的性能非常的高。用户的请求如果在缓存里面，那么HTTP.SYS直接将内容发送到network driver上去，不需要像以前那样从IIS的User space的内存copy到Kernel中，然后再发送到TCP/IP stack上。Kernel level cache几乎是现在高性能Web server的一个必不可少的特性。

(2)动态缓存

动态缓存是比较有难度的。因为你在缓存的时候要时刻注意一个问题，那就是缓存的内容是不是已经过时了。因为内容过时了可能会有很严重的后果。比如网上买卖股票的网站。你给别人提供的价格是过时的，那人家非砍了你不可。缓存如何发现自己是不是过时就是一个非常复杂的问题。

在ASP.NET中，常见的动态缓存主要有以下几种手段:

传统缓存方式
页面输出缓存。
页面局部缓存。
利用.NET提供的System.Web.Caching 缓存。
缓存依赖。

2、页面输出缓存

页面输出缓存是最为简单的缓存机制，该机制将整个ASP.NET页面内容保存在服务器内存中。当用户请求该页面时，系统从内存中输出相关数据，直到缓存数据过期。在这个过程中，缓存内容直接发送给用户，而不必再次经过页面处理生命周期。通常情况下，页面输出缓存对于那些包含不需要经常修改内容的，但需要大量处理才能编译完成的页面特别有用。需要读者注意的是，页面输出缓存是将页面全部内容都保存在内存中，并用于完成客户端请求。

在ASP.NET中页面缓存的使用方法非常的简单，只需要在aspx页的顶部加这样一句声明即可：

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

Duration

缓存的时间（秒）。这是必选属性。如果未包含该属性，将出现分析器错误。

<%@ Page Language="C#" AutoEventWireup="true" CodeBehind="Default.aspx.cs" Inherits="WebApplication1._Default" %>

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

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

```
<head runat="server">
```
```
    <title></title>
```
```
</head>
```
```
<body>
```
```
    <form id="form1" runat="server">
```
```
    <%DateTime.Now.ToString(); %>
```
```
    </form>
```
```
</body>
```
```
</html>
```

VaryByParam

是指页面根据使用 POST 或 GET 发送的名称/值对（参数）来更新缓存的内容，多个参数用分号隔开。如果不希望根据任何参数来改变缓存内容，请将值设置为 none。如果希望通过所有的参数值改变都更新缓存，请将属性设置为星号 (*)。

例如： http://localhost:1165/16-4-3/WebForm1.aspx?p=1
则可以在WebForm1.aspx页面头部声明缓存：<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="p" %>

以上代码设置页面缓存时间是60秒，并根据p参数的值来更新缓存，即p的值发生变化才更新缓存。

如果一直是WebForm1.aspx?p=1访问该页，则页面会缓存当前数据，当p=2时又会执行后台代码更新缓存内容。

如果有多个参数时，如：http://localhost:1165/16-4-3/WebForm1.aspx?p=1&n=1

可以这样声明：<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="p;n" %>

除此之外，@OutputCache 还有一些其他的属性。@OutputCache指令中的属性参数描述如下：

<%@ OutputCache Duration="#ofseconds"

ServerAndClient "

Shared="True | False"

VaryByControl="controlname"

VaryByCustom="browser | customstring"

VaryByHeader="headers"

VaryByParam="parametername"

CacheProfile="cache profile name | ‘‘"

NoStore="true | false"

SqlDependency="database/table name pair | CommandNotification"

CacheProfile

用于调用Web.config配置文件中设置的缓存时间。这是可选属性，默认值为空字符 ("")。

例如：

在Web.config中加入配置：

```
<caching>
```
```
  <outputCacheSettings>
```
```
    <outputCacheProfiles>
```

      <add name="CacheTest" duration="60" />

```
    </outputCacheProfiles>
```
```
  </outputCacheSettings>
```
```
</caching>
```

页面中声明：

<%@ OutputCache CacheProfile="CacheTest"  VaryByParam="none" %>

注意：

包含在用户控件（.ascx 文件）中的 @ OutputCache 指令不支持此属性。在页中指定此属性时，属性值必须与 outputCacheSettings 节下面的 outputCacheProfiles 元素中的一个可用项的名称匹配。如果此名称与配置文件项不匹配，将引发异常。

如果每个页面的缓存时间相同，则不需要每个页面设置，而是通过统一一个地方控制，这样就可以更好的统一控制所有页面的缓存时间。如果想改变缓存时间，只需要改一下web.config的配置信息即可，而不用每个页面去修改。

VaryByControl

通过用户控件文件中包含的服务器控件来改变缓存（值是控件ID，多控件用分号隔开）。

在 ASP.NET 页和用户控件上使用 @ OutputCache 指令时，需要该属性或 VaryByParam 属性。

<%@ Page Language="C#" AutoEventWireup="true" CodeBehind="Default.aspx.cs" Inherits="WebApplication1._Default" %>

<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="none" VaryByControl="DropDownList1" %>

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

```
<head runat="server">
```
```
    <title></title>
```
```
</head>
```
```
<body>
```
```
    <form id="form1" runat="server">
```
```
    <%DateTime.Now.ToString(); %>
```

    <asp:DropDownList ID="DropDownList1" AutoPostBack="true" runat="server">

        <asp:ListItem>ddddddd</asp:ListItem>

        <asp:ListItem>eeeeee</asp:ListItem>

```
    </asp:DropDownList>
```
```
    </form>
```
```
</body>
```
```
</html>
```

以上代码设置缓存有效期是60秒，并且页面不随任何GET或POST参数改变（即使不使用VaryByParam属性，但是仍然需要在@ OutputControl指令中显式声明该属性）。如果用户控件中包含ID属性为“DropDownList1”的服务器控件（例如下拉框控件），那么缓存将根据该控件的变化来更新页面数据。

页面输出缓存API

Response类的Cache属性用于获取页面缓存策略。该方式的核心是调用System.Web.HttpCachePolicy。该类主要包含用于设置缓存特定的HTTP标头的方法和用于控制ASP.NET页面输出缓存的方法。与.NET Framework 1.x中的HttpCachePolicy类相比，.NET Framework 2.0中的HttpCachePolicy类得到了扩充和发展。主要是增加了一些重要方法，例如，SetOmitVarStar方法等。由于HttpCachePolicy类方法众多，下面简要说明几个常用方法。

SetExpires方法

用于设置缓存过期的绝对时间。它的参数是一个DataTime类的实例，表示过期的绝对时间。

protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)

```
{
```
```
    // 通过API设置缓存
```

    //相当于@OutputCache指令中的Duration属性

    Response.Cache.SetExpires(DateTime.Now.AddSeconds(10));

    Response.Cache.SetExpires(DateTime.Parse("6:00:00PM"));

```
}
```

如上代码，第一行代码表示输出缓存时间是60秒，并且页面不随任何GET或POST参数改变，等同于“<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="none" %>”。第二行代码设置缓存过期的绝对时间是当日下午6时整。

SetLastModified方法

用于设置页面的Last-Modified HTTP标头。Last-Modified HTTP标头表示页面上次修改时间，缓存将依靠它来进行计时。如果违反了缓存限制层次结构，此方法将失败。该方法的参数是一个DataTime类的实例。

SetSlidingExpiration方法

该方法将缓存过期从绝对时间设置为可调时间。其参数是一个布尔值。当参数为true时，Cache-Control HTTP标头将随每个响应而更新。此过期模式与相对于当前时间将过期标头添加到所有输出集的IIS配置选项相同。当参数为False时，将保留该设置，且任何启用可调整过期的尝试都将静态失败。此方法不直接映射到HTTP标头。它由后续模块或辅助请求来设置源服务器缓存策略。

SetOmitVaryStar方法

ASP.NET 2.0新增的方法。用于指定在按参数进行区分时，响应是否应该包含vary:*标头。方法参数是一个布尔值，若要指示HttpCachePolicy不对其VaryByHeaders属性使用*值，则为true；否则为false。

SetCacheability方法

用于设置页面的Cache-Control HTTP标头。该标头用于控制在网络上缓存文档的方式。该方法有两种重载方式，所不同的是参数。一种重载方法的参数是HttpCacheability枚举值，包括NoCache、Private、Public、Server、ServerAndNoCache和ServerAndPrivate（有关这些枚举值的定义，可参考MSDN）。另一种方法的参数有两个，一个参数是HttpCacheability枚举值，另一个参数是字符串，表示添加到标头的缓存控制扩展。需要注意的是，仅当与Private或NoCache指令一起使用时，字段扩展名才有效。如果组合不兼容的指令和扩展，则此方法将引发无效参数异常。

4、页面局部缓存

有时缓存整个页面是不现实的，因为页的某些部分可能在每次请求时都需要变化。在这些情况下，只能缓存页的一部分。顾名思义，页面部分缓存是将页面部分内容保存在内存中以便响应用户请求，而页面其他部分内容则为动态内容。页面部分缓存的实现包括两种方式：控件缓存和替换后缓存。

1. 控件缓存（也称为片段缓存）

这种方式允许将需要缓存的信息包含在一个用户控件内，然后，将该用户控件标记为可缓存的，以此来缓存页面输出的部分内容。该选项允许缓存页面中的特定内容，而没有缓存整个页面，因此，每次都需重新创建整个页。例如，如果要创建一个显示大量动态内容（如股票信息）的页，其中有些部分为静态内容（如每周总结），这时可以将静态部分放在用户控件中，并允许缓存这些内容。

在ASP.NET中，提供了UserControl这种用户控件的功能。一个页面可以通过多个UserControl来组成。只需要在某个或某几个UserControl里设置缓存。

例如：

那么可以在WebUserControl1.ascx的页头代码中添加声明语句：

<%@ Control Language="C#" AutoEventWireup="true" CodeBehind="WebUserControl1.ascx.cs"

    Inherits="WebApplication1.WebUserControl1" %>

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

<%=DateTime.Now %>

调用该控件的页面default.aspx代码：

<%@ Page Language="C#" AutoEventWireup="true" CodeBehind="Default.aspx.cs" Inherits="WebApplication1._Default" %>

<%@ Register Src="WebUserControl1.ascx" TagName="WebUserControl1" TagPrefix="uc1" %>

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

```
<head runat="server">
```
```
    <title></title>
```
```
</head>
```
```
<body>
```
```
    <form id="form1" runat="server">
```
```
    <br />
```
```
    <%=DateTime.Now %>
```
```
    <br />
```

    <uc1:WebUserControl1 ID="WebUserControl11" runat="server" />

```
    </form>
```
```
</body>
```
```
</html>
```

这时候刷新WebForm1.aspx页面时，页面的时间每次刷新都变化，而用户控件中的时间数据却是60秒才变化一次，说明对页面的“局部”控件实现了缓存，而整个页面不受影响。

2. 缓存后替换

与控件缓存正好相反。它对整个页面进行缓存，但是页中的某些片段是动态的，因此不会缓存这些片段。ASP.NET页面中既包含静态内容，又包含基于数据库数据的动态内容。静态内容通常不会发生变化。因此，对静态内容实现数据缓存是非常必要的。然而，那些基于数据的动态内容，则不同。数据库中的数据可能每时每刻都发生变化，因此，如果对动态内容也实现缓存，可能造成数据不能及时更新的问题。对此问题如果使用前文所述的控件缓存方法，显然不切实际，而且实现起来很繁琐，易于发生错误。

如何实现缓存页面的大部分内容，而不缓存页面中的局部某些片段。ASP.NET 2.0提供了缓存后替换功能。实现该项功能可通过以下三种方法：

一是以声明方式使用Substitution控件，

二是以编程方式使用Substitution控件API，

三是以隐式方式使用控件。

前两种方法的核心是Substitution控件，本节将重点介绍该控件，第三种方法仅专注于控件内置支持的缓存后替换功能，本节仅做简要说明。

(1) Substitution控件应用

为提高应用程序性能，可能会缓存整个ASP.NET页面，同时，可能需要根据每个请求来更新页面上特定的部分。例如，可能要缓存页面的很大一部分，需要动态更新该页上与时间或者用户高度相关的信息。在这种情况下，推荐使用Substitution控件。Substitution控件能够指定页面输出缓存中需要以动态内容替换该控件的部分，即允许对整页面进行输出缓存，然后，使用Substitution控件指定页中免于缓存的部分。需要缓存的区域只执行一次，然后从缓存读取，直至该缓存项到期或被清除。动态区域，也就是Substitution控件指定的部分，在每次请求页面时都执行。Substitution控件提供了一种缓存部分页面的简化解决方案。

<%@ Page Language="C#" AutoEventWireup="true" CodeBehind="Default.aspx.cs" Inherits="WebApplication1._Default" %>

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

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

```
<head runat="server">
```
```
    <title></title>
```
```
</head>
```
```
<body>
```
```
    <form id="form1" runat="server">
```
```
    <br />
```

    页面缓存的时间：<%= DateTime.Now.ToString() %>

```
    <br />
```

    真实（替换）的时间：<asp:Substitution ID="Substitution1" runat="server" MethodName="getCurrentTime" />

```
    </form>
```
```
</body>
```
```
</html>
```

页面后台代码：

public static string getCurrentTime(HttpContext context)

```
{
```
```
    return DateTime.Now.ToString();
```
```
}
```

如上代码所示，Substitution控件有一个重要属性:MethodName。该属性用于获取或者设置当Substitution控件执行时为回调而调用的方法名称。该方法比较特殊，必须符合以下3条标准：

1) 此方法必须被定义为静态方法；

2) 此方法必须接受HttpContext类型的参数；

3) 此方法必须返回String类型的值。

在运行情况下，Substitution控件将自动调用MethodName属性所定义的方法。该方法返回的字符串即为要在页面中的Substitution控件的位置上显示的内容。如果页面设置了缓存全部输出，那么在第一次请求时，该页将运行并缓存其输出。对于后续的请求，将通过缓存来完成，该页上的其他代码不会再运行。但Substitution控件及其有关方法则在每次请求时都执行，并且自动更新该控件所表示的动态内容，这样就实现了整体缓存，局部变化的替换效果。

如上代码所示，在代码头部通过@ OutputCache指令设置页面输出缓存过期时间为5秒，这意味着整个页面数据都应用了缓存功能。因此，“页面缓存的时间”所显示的时间值来自于数据缓存。这个时间值不会随着刷新页面而变化，仅当缓存过期时才会发生更新。Substitution控件的MethodName属性值为getCurrentTime。该控件显示的内容来自于getCurrentTime方法的返回值。尤为重要的是，虽然页面设置了输出缓存功能，但是每当页面刷新时，ASP.NET执行引擎仍然要重新执行Substitution控件，并将MethodName属性值指定的方法返回值显示在页面上，因此，显示的是当前最新时间。

随着页面的刷新，真实时间在变，而页面缓存的时间在指定的缓存时间内始终不变。

注意：

1) Substitution控件无法访问页上的其他控件，也就是说，无法检查或更改其他控件的值。但是，代码确实可以使用传递给它的参数来访问当前页上下文。

2) 在缓存页包含的用户控件中可以包含Substitution控件。但是，在输出缓存用户控件中不能放置Substitution控件。

3) Substitution控件不会呈现任何标记，其位置所显示内容完全取决于所定义方法的返回字符串。

(2) Substitution控件API应用

上一小节介绍了以声明方式使用Substitution控件实现缓存后替换的应用。本节说明另一种实现方法。该方法的核心是以编程方式利用Substitution控件API实现缓存后替换，相对于以声明方式使用Substitution控件的方法具有更强灵活性。

通过为Substitution指定回调方法，实现和声明同样的效果。Substitution的回调方法必须是

HttpResponseSubstitutionCallback委托定义的方法，它有两个特征：

1) 一是返回值必须是String，

2) 二是参数有且仅有一个，并且是HttpContext类型。

当需要以编程方式，为缓存的输出响应动态生成指定的响应区域时，可以在页面代码中将某个方法（即回调方法）的名称作为参数（HttpResponseSubstitutionCallback）传递给Substitution。这样Substitution就能够使用回调方法，并将回调方法的返回值作为给定位置的替代内容显示出来。

需要注意的是，回调方法必须是线程安全的，可以是作为容器的页面或者用户控件中的静态方法，也可以是其他任意对象上的静态方法或实例方法。

下面演示一个以编程方式将 Substitution 控件添加到输出缓存网页。与(1)Substitution控件应用所示的示例完成同样功能。不同的是实现方式。

<%@ Page Language="C#" AutoEventWireup="true" CodeBehind="Default.aspx.cs" Inherits="WebApplication1._Default" %>

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

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

```
<head runat="server">
```
```
    <title></title>
```
```
</head>
```
```
<body>
```
```
    <form id="form1" runat="server">
```
```
    <div>
```

        页面缓存的时间：<asp:Label ID="Label1" runat="server" Text="Label"></asp:Label>

```
    </div>
```
```
    <div>
```

        真实（缓存替换）的时间：

        <asp:PlaceHolder ID="PlaceHolder1" runat="Server"></asp:PlaceHolder>

```
    </div>
```
```
    </form>
```
```
</body>
```
```
</html>
```

页面后台CS代码：

protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)

```
{
```
```
    //创建一个Substitution
```

    Substitution Substitution1 = new Substitution();

```
    //指定调用的回调方法名
```

    Substitution1.MethodName = "GetCurrentDateTime";

    PlaceHolder1.Controls.Add(Substitution1);

    Label1.Text = DateTime.Now.ToString();

```
}
```

public static string getCurrentTime(HttpContext context)

```
{
```
```
    return DateTime.Now.ToString();
```
```
}
```

如上代码所示，页面使用@ OutputCache指令设置了输出缓存功能，其配置数据缓存过期时间为60秒。然而，页面其他内容都被缓存，通过Substitution调用的回调方法显示的内容是不被缓存的。

【缓存】系统缓存全解析 (上)

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