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ASP.NET Core中的快取[1]：如何在一個ASP.NET Core應用中使用快取

阿新 • • 發佈：2018-12-27

.NET Core針對快取提供了很好的支援 ，我們不僅可以選擇將資料快取在應用程序自身的記憶體中，還可以採用分散式的形式將快取資料儲存在一個“中心資料庫”中。對於分散式快取，.NET Core提供了針對Redis和SQL Server的原生支援。除了這個獨立的快取系統之外，ASP.NET Core還藉助一箇中間件實現了“響應快取”，它會按照HTTP快取規範對整個響應實施快取。不過按照慣例，在對快取進行系統介紹之前，我們還是先通過一些簡單的例項演示感知一下如果在一個ASP.NET Core應用中如何使用快取。

目錄
一、將資料快取在記憶體中
二、基於Redis的分散式快取
三、基於SQL Server的分散式快取
四、快取整個HTTP響應

一、將資料快取在記憶體中

與針對資料庫和遠端服務呼叫這種IO操作來說，應用針對記憶體的訪問效能將提供不止一個數量級的提升，所以將資料直接快取在應用程序的內容中自然具有最佳的效能優勢。與基於記憶體的快取相關的應用程式設計介面定義在NuGet包“Microsoft.Extensions.Caching.Memory”中，具體的快取實現在一個名為MemoryCache的服務物件中，後者是我們對所有實現了IMemoryCache介面的所有型別以及對應物件的統稱。由於是將快取物件直接置於記憶體之中，中間並不涉及持久化儲存的問題，自然也就無需考慮針對快取物件的序列化問題，所以這種記憶體模式支援任意型別的快取物件。

針對快取的操作不外乎對快取資料的存與取，這兩個基本的操作都由上面介紹的這個MemoryCache物件來完成。如果我們在一個ASP.NET Core應用對MemoryCache服務在啟動時做了註冊，我們就可以在任何地方獲取該服務物件設定和獲取快取資料，所以針對快取的程式設計是非常簡單的。 

   1: public class Program
   2: {
   3:     public static void Main()
   4:     {        
   5:         new WebHostBuilder()
   6:             .UseKestrel()
   7:
 
             .ConfigureServices(svcs => svcs.AddMemoryCache())
   8:             .Configure(app => app.Run(async context =>
   9:                 {
  10:                     IMemoryCache cache = context.RequestServices.GetRequiredService<IMemoryCache>();
  11:                     DateTime currentTime;
  12:                     if (!cache.TryGetValue<DateTime>("CurrentTime", out currentTime))
  13:                     {
  14:                         cache.Set("CurrentTime", currentTime = DateTime.Now);
  15:                     }
  16:                     await context.Response.WriteAsync($"{currentTime}({DateTime.Now})");
  17:                 }))
  18:             .Build()
  19:             .Run();        
  20:     }
  21: }

在上面這個演示程式中，我們在WebHostBuilder的ConfigureServices方法中通過呼叫ServiceCollection的擴充套件方法AddMemoryCache完成了針對MemoryCache的服務註冊。在WebHostBuilder的Configure方法中，我們通過呼叫ApplicationBuilder的Run方法註冊了一箇中間件對請求做了簡單的響應。我們先從當前HttpContext中得到對應的ServiceProvider，並利用後者得到MemoryCache物件。我們接下來呼叫MemoryCache的Set方法將當前時間快取起來（如果尚未快取），並指定一個唯一的Key（“CurrentTime”）。通過指定響應的Key，我們可以呼叫另一個名為TryGetValue<T>的方法獲取快取的物件。我們最終寫入的響應內容實際上是快取的時候和當前實施的時間。由於快取的是當前時間，所以當我們通過瀏覽器訪問該應用的時候，顯示的時間在快取過期之前總是不變的

1

雖然基於記憶體的快取具有最高的效能，但是由於它實際上是將快取資料存在承載ASP.NET Core應用的Web服務上，對於部署在叢集式伺服器中的應用會出現快取資料不一致的情況。對於這種部署場景，我們需要將資料快取在某一個獨立的儲存中心，以便讓所有的Web伺服器共享同一份快取資料，我們將這種快取形式稱為“分散式快取”。ASP.NET Core為分散式快取提供了兩種原生的儲存形式，一種是基於NoSQL的Redis資料庫，另一種則是微軟自家關係型資料庫SQL Server。

二、基於Redis的分散式快取

Redis數目前較為流行NoSQL資料庫，很多的程式設計平臺都將它作為分散式快取的首選，接下來我們來演示如何在一個ASP.NET Core應用中如何採用基於Redis的分散式快取。考慮到一些人可能還沒有體驗過Redis，所以我們先來簡單介紹一下如何安裝Redis。Redis最簡單的安裝方式就是採用Chocolatey（https://chocolatey.org/） 命令列，後者是Windows平臺下一款優秀的軟體包管理工具（類似於NPM）。 

   1: PowerShell prompt ：
   2: iwr https://chocolatey.org/install.ps1 -UseBasicParsing | iex
   3:  
   4: CMD.exe：
   5: @powershell -NoProfile -ExecutionPolicy Bypass -Command "iex ((New-Object System.Net.WebClient).DownloadString('https://chocolatey.org/install.ps1'))" && SET "PATH=%PATH%;%ALLUSERSPROFILE%\chocolatey\bin"

我們既可以採用PowerShell （要求版本在V3以上）命令列或者普通CMD.exe命令列來安裝Chocolatey ，具體的命令如上所示。在確保Chocolatey 被本地正常安裝情況下，我們可以執行執行如下的命令安裝或者升級64位的Redis。 

   1: C:\>choco install redis-64
   2: C:\>choco upgrade redis-64

Redis伺服器的啟動也很簡單，我們只需要以命令列的形式執行redis-server命令即可。如果在執行該命名之後看到如下圖所示的輸出，則表示本地的Redis伺服器被正常啟動，輸出的結果會指定伺服器採用的網路監聽埠。

2

接下來我們會對上面演示的例項進行簡單的修改，將基於記憶體的本地快取切換到針對Redis資料庫的分散式快取。針對Redis的分散式快取實現在NuGet包“Microsoft.Extensions.Caching.Redis”之中，所以我們需要確保該NuGet包被正常安裝。不論採用Redis、SQL Server還是其他的分散式儲存方式，針對分散式快取的操作都實現在DistributedCache這個服務物件向，該服務對應的介面為IDistributedCache。 

   1: public class Program
   2: {
   3:     public static void Main()
   4:     {
   5:         new WebHostBuilder()
   6:             .UseKestrel()
   7:             .ConfigureServices(svcs => svcs.AddDistributedRedisCache(options =>
   8:                 {
   9:                     options.Configuration    = "localhost";
  10:                     options.InstanceName     = "Demo";
  11:                 }))
  12:             .Configure(app => app.Run(async context =>
  13:                 {
  14:                     var cache = context.RequestServices.GetRequiredService<IDistributedCache>();
  15:                     string currentTime = await cache.GetStringAsync("CurrentTime");
  16:                     if (null == currentTime)
  17:                     {
  18:                         currentTime = DateTime.Now.ToString();
  19:                         await cache.SetAsync("CurrentTime", Encoding.UTF8.GetBytes(currentTime));
  20:                     }
  21:                     await context.Response.WriteAsync($"{currentTime}({DateTime.Now})");
  22:                 }))
  23:             .Build()
  24:             .Run();
  25:     }
  26: }

從上面的程式碼片段可以看出，針對分散式快取和記憶體快取在總體程式設計模式上是一致的，我們需要先註冊針對DistributedCache的服務註冊，但是利用依賴注入機制提供該服務物件來進行快取資料的設定和快取。我們呼叫IServiceCollection的另一個擴充套件方法AddDistributedRedisCache註冊DistributedCache服務，在呼叫這個方法的時候藉助於RedisCacheOptions這個物件的Configuration和InstanceName屬性設定Redis資料庫的伺服器和例項名稱。由於採用的是本地的Redis伺服器，所以我們將前者設定為“localhost”。其實Redis資料庫並沒有所為的例項的概念，RedisCacheOptions的InstanceName屬性的目的在於當多個應用共享同一個Redis資料庫的時候，快取資料可以利用它來區分，當快取資料被儲存到Redis資料庫中的時候，對應的Key會以它為字首。修改後的應用啟動後（確保Redis伺服器被正常啟動），如果我們利用瀏覽器來訪問它，依然會得到與前面類似的輸出。

對於基於記憶體的本地快取來說，我們可以將任何型別的資料置於快取之中，但是對於分散式快取來說，由於涉及到網路傳輸甚至是持久化儲存，放到快取中的資料型別只能是位元組陣列，所以我們需要自行負責對快取物件的序列化和反序列化工作。如上面的程式碼片段所示，我們先將表示當前時間的DateTime物件轉換成字串，然後採用UTF-8編碼進一步轉換成位元組陣列，最終呼叫DistributedCache的SetAsync方法將後者快取起來。實際上我們也可以直接呼叫另一個擴充套件方法SetStringAsync，它會負責將字串編碼為位元組陣列。在獲取快取的時候，我們呼叫的是DistributedCache的GetStringAsync方法，它會將位元組陣列轉換成字串。

快取資料在Redis資料庫中是以雜湊（Hash）的形式存放的，對應的Key會將設定的InstanceName作為字首（如果進行了設定）。為了檢視究竟存放了哪些資料在Redis資料庫中，我們可以按照如圖3所示的形式執行Redis命名來獲取儲存的資料。從下圖呈現的輸出結果我們不難看出，存入的不僅僅包括我們指定的快取資料（Sub-Key為“data”）之外，還包括其他兩組針對該快取條目的描述資訊，對應的Sub-Key分別為“absexp”和“sldexp”，表示快取的絕對過期時間（Absolute Expiration Time）和滑動過期時間（Slidding Expiration Time）。

3

三、基於SQL Server的分散式快取

除了使用Redis這種主流的NoSQL資料庫來支援分散式快取，微軟在設計分散式快取時也沒有忘記自家的關係型資料庫採用SQL Server。針對SQL Server的分散式快取實現在“Microsoft.Extensions.Caching.SqlServer”這個NuGet包中，我們先得確保該NuGet包被正常裝到演示的應用中。

所謂的針對SQL Server的分散式快取，實際上就是將標識快取資料的位元組陣列存放在SQL Server資料庫中某個具有固定結構的資料表中，因為我們得先來建立這麼一個快取表，該表可以藉助一個名為sql-cache 的工具來建立。在執行sql-cache 工具建立快取表之前，我們需要在project.json檔案中按照如下的形式為這個工具新增相應的NuGet包“Microsoft.Extensions.Caching.SqlConfig.Tools”。 

   1: {
   2:   …
   3:   "tools": {
   4:     "Microsoft.Extensions.Caching.SqlConfig.Tools": "1.1.0-preview4-final"
   5:   }
   6: }

當針對上述這個NuGet包復原（Restore）之後，我們可以執行“dotnet sql-cache create”命令來建立，至於這個執行這個命令應該指定怎樣的引數，我們可以按照如下的形式通過執行“dotnet sql-cache create --help”命令來檢視。從下圖可以看出，該命名需要指定三個引數，它們分別表示快取資料庫的連結字串、快取表的Schema和名稱。

4

接下來我們只需要在演示應用所在的專案根目錄（project.json檔案所在的目錄）下執行dotnet sql-cache create就可以在指定的資料庫建立快取表了。對於我們演示的例項來說，我們按照下圖所示的方式執行這dotnet sql-cache create命令列在本機一個名為demodb的資料庫中建立了一個名為AspnetCache的快取表，該表採用dbo作為Schema。

5

在所有的準備工作完成之後，我們只需要對上面的程式做如下的修改即可將針對Redis資料庫的快取切換到針對SQL Server資料庫的快取。由於採用的同樣是分散式快取，所以針對快取資料的設定和提取的程式碼不用做任何改變，我們需要修改的地方僅僅是服務註冊部分。如下面的程式碼片段所示，我們在WebHostBuilder的ConfigureServices方法中呼叫IServiceCollection的擴充套件方法AddDistributedSqlServerCache完成了對應的服務註冊。在呼叫這個方法的時候，我們通過設定SqlServerCacheOptions物件的三個屬性的方式指定了快取資料庫的連結字串和快取表的Schema和名稱。 

   1: public class Program
   2: {
   3:     public static void Main()
   4:     {
   5:         new WebHostBuilder()
   6:             .UseKestrel()
   7:             .ConfigureServices(svcs => svcs.AddDistributedSqlServerCache(options =>
   8:             {
   9:                 options.ConnectionString   = "server=.;database=demodb;uid=sa;pwd=password";
  10:                 options.SchemaName         = "dbo";
  11:                 options.TableName          = "AspnetCache";
  12:             }))
  13:             .Configure(app => app.Run(async context =>
  14:                 {
  15:                     var cache = context.RequestServices.GetRequiredService<IDistributedCache>();
  16:                     string currentTime = await cache.GetStringAsync("CurrentTime");
  17:                     if (null == currentTime)
  18:                     {
  19:                         currentTime = DateTime.Now.ToString();
  20:                         await cache.SetAsync("CurrentTime", Encoding.UTF8.GetBytes(currentTime));
  21:                     }
  22:                     await context.Response.WriteAsync($"{currentTime}({DateTime.Now})");
  23:                 }))
  24:             .Build()
  25:             .Run();
  26:     }
  27: }

如果想看看最終存入SQL Server資料庫中的究竟包含哪些快取資料，我們只需要直接在所在資料庫中檢視對應的快取表了。對於演示例項快取的資料，它會以下圖所示的形式儲存在我們建立的快取表（AspnetCache）中，與基於Redis的快取類似，與指定快取資料的值一併儲存的還包括快取的過期資訊。

6

四、快取整個HTTP響應

上面演示的兩種快取都要求我們利用註冊的服務物件以手工的方式儲存和提取具體的快取資料，而接下來我們演示的快取則不再基於某個具體的快取資料，而是將服務端最終生成的響應主體內容予以快取，我們將這種快取形式稱為響應快取（Response Caching）。標準的HTTP規範，不論是HTTP 1.0+還是HTTP 1.1，都會快取做了詳細的規定，這是響應規範的理論機制和指導思想。我們將在後續內容中詳細介紹HTTP快取，在這之前我們先通過一個簡單的例項來演示一下整個響應內容是如何藉助一個名為ResponseCachingMiddleware中介軟體被快取起來的。該中介軟體由“Microsoft.AspNetCore.ResponseCaching”這個NuGet包提供。

通過同樣是採用基於時間的快取場景，為此我們編寫了如下這個簡單的程式。我們在WebHostBuilder的ConfigureServices方法中呼叫了IServiceCollection介面的擴充套件方法AddResponseCaching註冊了中介軟體ResponseCachingMiddleware依賴的所有的服務，而這個中介軟體的註冊則通過呼叫IApplicationBuilder介面的擴充套件方法UseResponseCaching完成。 

   1: public class Program
   2: {
   3:     public static void Main()
            
  

           

              
              

            

            
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