《ASP.NET Core技术内幕与项目实战》精简集-高级组件4.1：缓存Cache

本节内容，涉及到7.4（P198-P221），以WebApi说明为主。主要NuGet包：

• Microsoft.Extensions.Caching.StackExchangeRedis（Redis缓存） 

 

一、图解缓存机制

 

1、如图所示，首次请求数据时，先从缓存中获取，如果没有，则继续向数据库中获取。获取到数据后，将数据保存到缓存中。再次请求数据，一样先从缓存中获取，成功获取，“缓存命中”。多次请求中，命中次数占全部请求次数的比例，叫“命中率”。如果数据源的数据发生变化，而缓存中的数据没有更新，就会导致“缓存数据不一致”。

2、Web请求过程：客户端浏览器>网关服务器>Web服务器>数据库服务器，这些节点都可以设置缓存，缓存数据以键值对的方式储存在节点的内存中。

3、从图中可以看出，如果命中缓存，可以节省查询读取数据库的过程，可以明显提升请求效率。

4、常用的缓存包括：客户端响应缓存、服务端响应缓存、内存缓存、分布式缓存

 

 

二、客户端响应缓存和服务端响应缓存

1、客户端响应缓存

//GetNow1未设置客户端缓存
//GetNow2通过特性标注设置了客户端缓存
//特性[ResponseCache(Duration = 60)]，告诉浏览器可以缓存数据60秒
//实质上是设置响应报文头的chche-control值为max-age=60，遵守HTTP的RFC7234规范
[ApiController]
[Route("api/[controller]/[action]")]
public class MyController: ControllerBase
{
    [HttpGet]
    public DateTime GetNow1()
    {
        return DateTime.Now;
    }

    [HttpGet]
    [ResponseCache(Duration = 60)]
    public DateTime GetNow2()
    {
        return DateTime.Now;
    }
}

 

2、服务端响应缓存

//配置中间件UseResponseCaching，其它与客户端响应缓存一致
//注意中间件位置，在UseCors之后，在MapControllers之前

var app = builder.Build();
......
app.UseCors();

app.UseResponseCaching();

app.MapControllers();

app.Run();

 

3、客户端和服务端响应缓存的注意事项：
1）如果客户端禁用浏览器缓存，"cache-control:no-chche"，不仅客户端响应缓存失效，服务端响应缓存也会失效。

2）服务端响应缓存有一些限制，如响应码为200、GET/HEAD响应、不能有Authorization、不能有Set-Cookie。

3）建议只使用客户端响应缓存，简单设置ResponseCacheAttribute即可

 

 

三、内存缓存

1、在（Program.cs）容器中注册内存缓存服务，builder.Services.AddMemoryCache

2、在控制器中注入IMemoryCache服务

[ApiController]
[Route("api/[controller]/[action]")]
public class MyController: ControllerBase
{
    private readonly MyDbContext ctx;
    private readonly ILogger<MyController> logger;
    private readonly IMemoryCache memoryCache;

    public MyController(MyDbContext ctx, ILogger<MyController> logger, IMemoryCache memoryCache)
    {
        this.ctx = ctx;
        this.logger = logger;
        this.memoryCache = memoryCache;
    }

    [HttpGet]
    public async Task<Book[]> GetBooks()
    {
        logger.LogInformation("开始执行GetBooks");
        var books = await memoryCache.GetOrCreateAsync("AllBooks", async (e) =>
        {
            //绝对过期时间
            e.AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromSeconds(30);
            //滑动过期时间
            e.SlidingExpiration = TimeSpan.FromSeconds(10); 

            logger.LogInformation("从数据库中读取数据");

            return await ctx.Books.ToArrayAsync();
        });
        logger.LogInformation("把数据返回给调用者");
        return books;
    }
}

代码解读：

7行，9-14行：依赖注入IMemoryCache内存缓存服务

20-30行：调用方法GetOrCreateAsync，尝试获取缓存键“AllBooks”的值，如果有，则返回缓存值。如果没有，则从数据库中读取数据，并将数据缓存到内存中（键为“AllBooks”），同时，设置缓存的绝对过期时间为30秒，滑动过程期间为10秒

补充说明：

①内存缓存，保存在Web服务器的内存中，且在当前运行程序的内存中，和进程相关。所以，如果Web服务器上，运行多个AspNetCore程序，程序之间的缓存相互隔离

②通过设置缓存键值的过期时间，可以有效防止“缓存数据不一致”。绝对过期，则超过设定时间后，缓存过期，需要重新从数据库获取数据；相对过期，指在设定的时间内，如果没有访问，则缓存过期，如有访问，则设定时间重置。一般绝对和相对过期结合使用，且设置绝对时间大于滑动过期时间。

③IMemoryCache，除了GetOrCreateAsync方法之外，还有TryGetValue、Remove、Get、Set、GetOrCreate等方法，一般使用GetOrCreateAsync，此方法可以有效防止缓存穿透。

④缓存常见问题一：缓存数据不一致。通过设置过期时间来缓解，如果要彻底解决，可以在数据变更时，调用Set方法，重新设置缓存值

⑤缓存常见问题二：缓存穿透。这是由使用Get和Set方法引起的，Get/Set的使用逻辑是，如果Get不到缓存，则读取数据库，并Set缓存键值。如果客户端大量请求数据库中没有的数据时，Get会一直返回null，而Set并不会将null作为键值保存，所以这种请求每次都会查询数据库，给数据库带来很大压力。GetOrCreateAsync，会将null也作为键值缓存，所以不会读取数据库。

⑥缓存常见问题三：缓存雪崩。如双十一，会提前做数据“预热”，即提前把数据读取出来并加入缓存。如果这些缓存的过期时间一致，会同时过期，造成数据库服务器请求大量集中，可以通过将过期时间设置为随机时间来避免。

 

 

四、分布式缓存

1、如果采用分布式部署，Web应用部署在多台Web服务器中，则可以选择分布式缓存。将缓存数据都保存到专门的缓存服务器中，所有Web应用都通过缓存服务器进行缓存数据的写入和获取。

2、简单的理解，就是原来使用本机的内存，现在使用另外一台服务器的内存。因为涉及跨服务器访问，性能比内存缓存稍低，但能解决分布式的问题。缓存服务器，并不直接使用内存，而是通过内存数据库进行缓存数据的管理，Redis使用比较多。

3、类似于内存缓存，AspNetCore提供了IDistributedCache接口，屏蔽了数据库了差异，无论使用Redis，或者其它数据库，用法都一样。同时，它的用法也几乎和IMemoryCache一样。键的类型为string，值的类型有两种，一是byte[]，二是string。如果是byte[]，需要自己进行读取和写入时的转换。

4、IDistributedCache的方法包括：GetAsync、SetAsync、RefreshAsync、RemoveAsync、GetStringAsync、SetStringAsync。

//首先注册Redis缓存服务
builder.Services.AddStackExchangeRedisCache(opt => 
{
    opt.Configuration = "localhost"; //配置Redis数据库连接
    opt.InstanceName = "fun_"; //配置缓存键的前缀
});


//操作使用分布式缓存，和IMemoryCache相似
[ApiController]
[Route("api/[controller]/[action]")]
public class TestController : ControllerBase
{
    //注入IDistributedCache服务
    private readonly IDistributedCache disCache
    public TestController(IDistributedCache disCache)
    {
        this.disCache = disCache;
    }
    
    [HttpGet]
    public string Now()
    {
        //获取缓存键为“Now”的值
        string s = disCache.GetString("Now");
        //如果键值为空，则获取s值，并缓存数据，过期时间设置为30秒
        if(s == null)
        {
            s = DateTime.Now.ToString();
            //设置过期时间
            var opt = new DistributedCacheEntryOptions();
            opt.AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromSeconds(30);
            //缓存数据
            disCache.SetString("Now", s, opt);
        }
        return s;
    }
}

 

 

特别说明：
1、本系列内容主要基于杨中科老师的书籍《ASP.NET Core技术内幕与项目实战》及配套的B站视频视频教程，同时会增加极少部分的小知识点
2、本系列教程主要目的是提炼知识点，追求快准狠，以求快速复习，如果说书籍学习的效率是视频的2倍，那么“简读系列”应该做到再快3-5倍