Asp.Net Core 轻松学-在.Net Core 使用缓存和配置依赖策略

前言

几乎在所有的应用程序中，缓存都是一个永恒的话题，恰当的使用缓存可以有效提高应用程序的性能；在某些业务场景下，使用缓存依赖会有很好的体验；在 Asp.Net Core 中，支持了多种缓存组件，这其中最基础也最易用的当属 IMemoryCache，该接口表示其存储依赖于托管程序服务器的内存，下面要介绍的内容就是基于 IMemoryCache 的缓存依赖。

1. IMemoryCache 的实现

Asp.Net Core 内部实现了一个继承自 IMemoryCache 接口的类 MemoryCache
这几乎已成惯例，一旦某个接口被列入 SDK 中，其必然包含了一个默认实现

1.1 使用 IMemoryCache

在 Asp.Net Core 中要使用 IMemoryCache 非常简单，只需要在 Startup 的 ConfigureServices 方法加入一句代码 services.AddMemoryCache() 即可

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddMemoryCache();
            ...
        }

1.2 在控制器中使用 IMemoryCache

    [Route("api/[controller]")]
    [ApiController]
    public class HomeController : ControllerBase
    {
        private IMemoryCache cache;
        public HomeController(IMemoryCache cache)
        {
            this.cache = cache;
        }

        [HttpGet]
        public ActionResult<IEnumerable<string>> Get()
        {
            cache.Set("userId", "0001");
            return new string[] { "value1", "value2" };
        }

        [HttpGet("{id}")]
        public ActionResult<string> Get(int id)
        {
            return cache.Get<string>("userId");
        }
    }

上面的代码表示在 HomeController 控制器的构造方法中使用注入的方式获得了一个 IMemoryCache 对象，在 Get() 方法中增加了一条缓存记录 "userId=0001"，然后在 Get(int id) 接口中提取该缓存记录
运行程序，分别调用 Get() 和 Get(int id) 接口，获得下面的输出信息

调用 Get() 接口

调用 Get(int id) 接口

这看起来非常容易，几乎不用什么思考，你就学会了在 Asp.Net Core 中使用缓存，容易使用，这非常重要，这也是一门语言广泛推广的根本态度

2. 应用缓存策略

IMemoryCache 还包含了一个带参数的构造方法，让我们可以对缓存进行灵活的配置，该配置由类 MemoryCacheOptions 决定

2.1 MemoryCacheOptions 配置，MemoryCacheOptions的配置项目不多，看下面的代码

    public class MemoryCacheOptions : IOptions<MemoryCacheOptions>
    {
        public MemoryCacheOptions();

        public ISystemClock Clock { get; set; }

        [Obsolete("This is obsolete and will be removed in a future version.")]
        public bool CompactOnMemoryPressure { get; set; }

        public TimeSpan ExpirationScanFrequency { get; set; }

        public long? SizeLimit { get; set; }

        public double CompactionPercentage { get; set; }
    }

ISystemClock：系统时钟，默认值为 null，官方文档对此属性没有说明，我也不知道是干什么用的，哪位大神求告知其作用和原理
ExpirationScanFrequency：对过期缓存的扫描间隔时间
SizeLimit：缓存区可存储记录条目数量
CompactionPercentage：在缓存过期策略生效的时候，对缓存进行压缩的百分比

上面的这个配置非常简单，在系统中应用类似下面的代码这样

 public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddMemoryCache(options =>
            {
                options.CompactionPercentage = 0.02d;
                options.ExpirationScanFrequency = TimeSpan.FromMinutes(5);
                options.SizeLimit = 1024;
            });
            services.AddMvc().SetCompatibilityVersion(CompatibilityVersion.Version_2_2);
        }

上面的缓存策略设置为缓存压缩比为 2%，每 5 分钟进行一次过期缓存的扫描，最大缓存空间大小限制为 1024
使用方法不变

2.1 单个键缓存策略

由于缓存的所有键其缓存过期优先级都是默认的 Normal，可能我们需要在某些业务场景下，让某些缓存值设置一个较高的优先级，比如设置永远都不过期，这样即使缓存达到最大限制条数以后也不会对其进行清理

缓存优先级，该值为一个枚举类型，分别是低、普通、高、永不移除，开发者可以根据不同的业务场景灵活设置

    public enum CacheItemPriority
    {
        Low = 0,
        Normal = 1,
        High = 2,
        NeverRemove = 3
    }

设置策略，下面就使用 MemoryCacheEntryOptions 对单个键值进行应用策略

        [HttpGet]
        public ActionResult<IEnumerable<string>> Get()
        {
            MemoryCacheEntryOptions entry = new MemoryCacheEntryOptions
            {
                Priority = CacheItemPriority.NeverRemove
            };
            cache.Set("userId", "0001", entry);

            return new string[] { "value1", "value2" };
        }

上面的代码表示，我们对缓存键 "userId" 应用了一个 “永不移除” 的策略，当然，还可以对单个值做非常多的策略，比如现在 "userId" 的值大小等等，有兴趣的同学可以深入了解 MemoryCacheEntryOptions 类

3. 使用缓存依赖策略

缓存依赖的意思是表示，一个或者多个缓存依赖于某个缓存，当某个缓存过期的时候，对其有依赖条件的其它缓存也会过期，在某些应用场景下，缓存依赖非常有用

3.1 创建 TokenController 并登录后注册依赖、获取缓存、移除缓存接口

以下示例使用一个模拟用户登录/登出的业务场景

    [Route("api/[controller]")]
    [ApiController]
    public class TokenController : ControllerBase
    {
        private IMemoryCache cache;
        public TokenController(IMemoryCache cache)
        {
            this.cache = cache;
        }

        // 创建注册依赖
        [HttpGet("login")]
        public ActionResult<string> Login()
        {
            var cts = new CancellationTokenSource();
            cache.Set(CacheKeys.DependentCTS, cts);
            using (var entry = cache.CreateEntry(CacheKeys.UserSession))
            {
                entry.Value = "_x0123456789";
                entry.RegisterPostEvictionCallback(DependentEvictionCallback, this);
                cache.Set(CacheKeys.UserShareData, "这里是共享的数据", new CancellationChangeToken(cts.Token));
                cache.Set(CacheKeys.UserCart, "这里是购物车", new CancellationChangeToken(cts.Token));
            }
            return "设置依赖完成";
        }

        // 获取缓存
        [HttpPost("getkeys")]
        public IActionResult GetKeys()
        {
            var userInfo = new
            {
                UserSession = cache.Get<string>(CacheKeys.UserSession),
                UserShareData = cache.Get<string>(CacheKeys.UserShareData),
                UserCart = cache.Get<string>(CacheKeys.UserCart)
            };

            return new JsonResult(userInfo);
        }

        // 移除缓存
        [HttpPost("logout")]
        public ActionResult<string> LogOut()
        {
            cache.Get<CancellationTokenSource>(CacheKeys.DependentCTS).Cancel();

             var userInfo = new
            {
                UserSession = cache.Get<string>(CacheKeys.UserSession),
                UserShareData = cache.Get<string>(CacheKeys.UserShareData),
                UserCart = cache.Get<string>(CacheKeys.UserCart)
            };

            return new JsonResult(userInfo);
        }

        // 过期通知
        private static void DependentEvictionCallback(object key, object value, EvictionReason reason, object state)
        {
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Yellow;
            Console.WriteLine("Key:{0} 已过期，依赖于该 Key 的所有缓存都将过期而处于不可用状态", key);
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Gray;
        }
    }

上面的代码使用 CancellationTokenSource 用作事件通知源，当移除 CacheKeys.DependentCTS 并触发 CancellationTokenSource.Cancel() 方法后，将异步触发 DependentEvictionCallback(object key, object value, EvictionReason reason, object state)委托；此时，托管程序收到一个通知，用户已登出，已移除用户相关缓存，任何移除接口尝试再次读取 CacheKeys 项，此时，返回值为空