细说 ASP.NET Cache 及其高级用法

许多做过程序性能优化的人，或者关注过程程序性能的人，应该都使用过各类缓存技术。而我今天所说的Cache是专指ASP.NET的Cache，我们可以使用HttpRuntime.Cache访问到的那个Cache，而不是其它的缓存技术。
以前我在【我心目中的Asp.net核心对象】这篇博客中简单地提过它，今天我打算为它写篇专题博客，专门来谈谈它，因为它实在是太重要了。在这篇博客中，我不仅要介绍它的一些常见用法，还将介绍它的一些高级用法。在上篇博客【在.net中读写config文件的各种方法】的结尾处，我给大家留了一个问题，今天，我将在这篇博客中给出一个我认为较为完美的答案。
本文提到的【延迟操作】方法（如：延迟合并写入数据库）属于我的经验总结，希望大家能喜欢这个思路。
Cache的基本用途

提到Cache，不得不说说它的主要功能：改善程序性能。
ASP.NET是一种动态页面技术，用ASP.NET技术做出来的网页几乎都是动态的，所谓动态是指：页面的内容会随着不同的用户或者持续更新的数据，而呈现出不同的显示结果。既然是动态的，那么这些动态的内容是从哪里来的呢？我想绝大多数网站都有自己的数据源，程序通过访问数据源获取页面所需的数据，然后根据一些业务规则的计算处理，最后变成适合页面展示的内容。
由于这种动态页面技术通常需要从数据源获取数据，并经过一些计算逻辑，最终变成一些HTML代码发给客户端显示。而这些计算过程显然也是有成本的。这些处理成本最直接可表现为影响服务器的响应速度，尤其是当数据的处理过程变得复杂以及访问量变大时，会变得比较明显。另一方面，有些数据并非时刻在发生变化，如果我们可以将一些变化不频繁的数据的最终计算结果（包括页面输出）缓存起来，就可以非常明显地提升程序的性能，缓存的最常见且最重要的用途就体现在这个方面。这也是为什么一说到性能优化时，一般都将缓存摆在第一位的原因。我今天要说到的ASP.NET Cache也是可以实现这种缓存的一种技术。不过，它还有其它的一些功能，有些是其它缓存技术所没有的。

Cache的定义

在介绍Cache的用法前，我们先来看一下Cache的定义：（说明：我忽略了一些意义不大的成员）

1. // 实现用于 Web 应用程序的缓存。无法继承此类。
2. public sealed class Cache : IEnumerable
3. {
4.     // 用于 Cache.Insert(...) 方法调用中的 absoluteExpiration 参数中以指示项从不过期。
5.     public static readonly DateTime NoAbsoluteExpiration;
7.     // 用作 Cache.Insert(...) 或 Cache.Add(...)
8.     //       方法调用中的 slidingExpiration 参数，以禁用可调过期。
9.     public static readonly TimeSpan NoSlidingExpiration;
12.     // 获取或设置指定键处的缓存项。
13.     public object this[string key] { get; set; }
16.     // 将指定项添加到 System.Web.Caching.Cache 对象，该对象具有依赖项、过期和优先级策略
17.     // 以及一个委托（可用于在从 Cache 移除插入项时通知应用程序）。
18.     public object Add(string key, object value, CacheDependency dependencies,
19.                         DateTime absoluteExpiration, TimeSpan slidingExpiration,
20.                         CacheItemPriority priority, CacheItemRemovedCallback onRemoveCallback);
23.     // 从 System.Web.Caching.Cache 对象检索指定项。
24.     // key: 要检索的缓存项的标识符。
25.     // 返回结果: 检索到的缓存项，未找到该键时为 null。
26.     public object Get(string key);
29.     public void Insert(string key, object value);
30.     public void Insert(string key, object value, CacheDependency dependencies);
31.     public void Insert(string key, object value, CacheDependency dependencies,
32.                                     DateTime absoluteExpiration, TimeSpan slidingExpiration);
34.     // 摘要:
35.     //     向 System.Web.Caching.Cache 对象中插入对象，后者具有依赖项、过期和优先级策略
36.     //        以及一个委托（可用于在从 Cache 移除插入项时通知应用程序）。
37.     //
38.     // 参数:
39.     //   key:
40.     //     用于引用该对象的缓存键。
41.     //
42.     //   value:
43.     //     要插入缓存中的对象。
44.     //
45.     //   dependencies:
46.     //     该项的文件依赖项或缓存键依赖项。当任何依赖项更改时，该对象即无效，
47.     //            并从缓存中移除。如果没有依赖项，则此参数包含 null。
48.     //
49.     //   absoluteExpiration:
50.     //     所插入对象将过期并被从缓存中移除的时间。
51.     //        如果使用绝对过期，则 slidingExpiration 参数必须为 Cache.NoSlidingExpiration。
52.     //
53.     //   slidingExpiration:
54.     //     最后一次访问所插入对象时与该对象过期时之间的时间间隔。如果该值等效于 20 分钟，
55.     //       则对象在最后一次被访问 20 分钟之后将过期并被从缓存中移除。如果使用可调过期，则
56.     //     absoluteExpiration 参数必须为 System.Web.Caching.Cache.NoAbsoluteExpiration。
57.     //
58.     //   priority:
59.     //     该对象相对于缓存中存储的其他项的成本，由 System.Web.Caching.CacheItemPriority 枚举表示。
60.     //       该值由缓存在退出对象时使用；具有较低成本的对象在具有较高成本的对象之前被从缓存移除。
61.     //
62.     //   onRemoveCallback:
63.     //     在从缓存中移除对象时将调用的委托（如果提供）。
64.     //            当从缓存中删除应用程序的对象时，可使用它来通知应用程序。
65.     //
66.     // 异常:
67.     //   System.ArgumentException:
68.     //     为要添加到 Cache 中的项设置 absoluteExpiration 和 slidingExpiration 参数。
69.     //
70.     //   System.ArgumentNullException:
71.     //     key 或 value 参数为 null。
72.     //
73.     //   System.ArgumentOutOfRangeException:
74.     //     将 slidingExpiration 参数设置为小于 TimeSpan.Zero 或大于一年的等效值。
75.     public void Insert(string key, object value, CacheDependency dependencies,
76.                         DateTime absoluteExpiration, TimeSpan slidingExpiration,
77.                         CacheItemPriority priority, CacheItemRemovedCallback onRemoveCallback);
79.     // 从应用程序的 System.Web.Caching.Cache 对象移除指定项。
80.     public object Remove(string key);
82.     // 将对象与依赖项策略、到期策略和优先级策略
83.     // 以及可用来在从缓存中移除项【之前】通知应用程序的委托一起插入到 Cache 对象中。
84.     // 注意：此方法受以下版本支持：3.5 SP1、3.0 SP1、2.0 SP1
85.     public void Insert(string key, object value, CacheDependency dependencies,
86.                             DateTime absoluteExpiration, TimeSpan slidingExpiration,
87.                             CacheItemUpdateCallback onUpdateCallback);
88. }

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ASP.NET为了方便我们访问Cache，在HttpRuntime类中加了一个静态属性Cache，这样，我们就可以在任意地方使用Cache的功能。而且，ASP.NET还给它增加了二个“快捷方式”：Page.Cache, HttpContext.Cache，我们通过这二个对象也可以访问到HttpRuntime.Cache，注意：这三者是在访问同一个对象。Page.Cache访问了HttpContext.Cache，而HttpContext.Cache又直接访问HttpRuntime.Cache
Cache常见用法

通常，我们使用Cache时，一般只有二个操作：读，写。
要从Cache中获取一个缓存项，我们可以调用Cache.Get(key)方法，要将一个对象放入缓存，我们可以调用Add, Insert方法。然而，Add, Insert方法都有许多参数，有时我们或许只是想简单地放入缓存，一切接受默认值，那么还可以调用它的默认索引器，我们来看一下这个索引器是如何工作的：

1. public object this[string key]
2. {
3.     get
4.     {
5.         return this.Get(key);
6.     }
7.     set
8.     {
9.         this.Insert(key, value);
10.     }
11. }

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可以看到：读缓存，其实是在调用Get方法，而写缓存则是在调用Insert方法的最简单的那个重载版本。
注意了：Add方法也可以将一个对象放入缓存，这个方法有7个参数，而Insert也有一个签名类似的重载版本，它们有着类似的功能：将指定项添加到 System.Web.Caching.Cache 对象，该对象具有依赖项、过期和优先级策略以及一个委托（可用于在从 Cache 移除插入项时通知应用程序）。然而，它们有一点小的区别：当要加入的缓存项已经在Cache中存在时，Insert将会覆盖原有的缓存项目，而Add则不会修改原有缓存项。
也就是说：如果您希望某个缓存项目一旦放入缓存后，就不要再被修改，那么调用Add确实可以防止后来的修改操作。而调用Insert方法，则永远会覆盖已存在项（哪怕以前是调用Add加入的）。
从另一个角度看，Add的效果更像是 static readonly 的行为，而Insert的效果则像 static 的行为。
注意：我只是说【像】，事实上它们比一般的static成员有着更灵活的用法。
由于缓存项可以让我们随时访问，看起来确实有点static成员的味道，但它们有着更高级的特性，比如：缓存过期（绝对过期，滑动过期），缓存依赖（依赖文件，依赖其它缓存项），移除优先级，缓存移除前后的通知等等。后面我将会分别介绍这四大类特性。
Cache类的特点

Cache类有一个很难得的优点，用MSDN上的说话就是：
此类型是线程安全的。
为什么这是个难得的优点呢？因为在.net中，绝大多数类在实现时，都只是保证静态类型的方法是线程安全，而不考虑实例方法是线程安全。这也算是一条基本的.NET设计规范原则。
对于那些类型，MSDN通常会用这样的话来描述：
此类型的公共静态（在 Visual Basic 中为 Shared）成员是线程安全的。但不能保证任何实例成员是线程安全的。
所以，这就意味着我们可以在任何地方读写Cache都不用担心Cache的数据在多线程环境下的数据同步问题。多线程编程中，最复杂的问题就是数据的同步问题，而Cache已经为我们解决了这些问题。
不过我要提醒您：ASP.NET本身就是一个多线程的编程模型，所有的请求是由线程池的线程来处理的。通常，我们在多线程环境中为了解决数据同步问题，一般是采用锁来保证数据同步，自然地，ASP.NET也不例外，它为了解决数据的同步问题，内部也是采用了锁。
说到这里，或许有些人会想：既然只一个Cache的静态实例，那么这种锁会不会影响并发？
答案是肯定的，有锁肯定会在一定程度上影响并发，这是没有办法的事情。
然而，ASP.NET在实现Cache时，会根据CPU的个数创建多个缓存容器，尽量可能地减小冲突，以下就是Cache创建的核心过程：
[code]internal static CacheInternal Create(){    CacheInternal internal2;    int numSingleCaches = 0;    if( numSingleCaches == 0 ) {        uint numProcessCPUs = (uint)SystemInfo.GetNumProcessCPUs();        numSingleCaches = 1;        for( numProcessCPUs -= 1; numProcessCPUs > 0; numProcessCPUs = numProcessCPUs >> 1 ) {            numSingleCaches = numSingleCaches > 1 ) {        numSingleCaches = numSingleCaches