摘   要： 介紹了ASP.NET中各種緩存技術(shù)的應(yīng)用程序模型，并重點分析了每種應(yīng)用模型的優(yōu)缺點及其適用范圍。

　　隨著經(jīng)濟化的發(fā)展，許多公司面對客戶和市場需求的變化，需要構(gòu)建足夠強大、靈活、可伸縮的信息系統(tǒng)來支撐迅速增加的大量無規(guī)律性的訪問和Web流量。

　　ASP 是一項微軟公司的技術(shù)，是一種使嵌入網(wǎng)頁中的腳本可由因特網(wǎng)服務(wù)器執(zhí)行的服務(wù)器端腳本技術(shù)。 指 Active Server Pages（動態(tài)服務(wù)器頁面） ，運行于 IIS 之中的程序 。ASP.NET的前身ASP技術(shù)，是在IIS 2.0上首次推出（Windows NT 3.51），當(dāng)時與 ADO 1.0 一起推出，在IIS 3.0 （Windows NT 4.0）發(fā)揚光大，成為服務(wù)器端應(yīng)用程序的熱門開發(fā)工具，微軟還特別為它量身打造了Visual InterDev開發(fā)工具，在1994年到2000年之間，ASP技術(shù)已經(jīng)成為微軟推展Windows NT 4.0平臺的關(guān)鍵技術(shù)之一，數(shù)以萬計的ASP網(wǎng)站也是這個時候開始如雨后春筍般的出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上。它的簡單以及高度可定制化的能力，也是它能迅速崛起的原因之一。

　　性能是Web應(yīng)用程序成功與否的關(guān)鍵因素，響應(yīng)時間則是性能的一個重要指標(biāo)，尤其是從用戶的角度來看，隨著同時訪問的用戶數(shù)的增加，Web應(yīng)用程序的響應(yīng)時間也會相應(yīng)增加，當(dāng)其增加到用戶無法接受的程度時，用戶便會失去耐心而離開該網(wǎng)站。根據(jù)Zona Research的研究指出，如果使用者等待網(wǎng)頁的時間超過8 s，將有30％的用戶選擇停止瀏覽網(wǎng)頁，同樣的研究表明，如果網(wǎng)頁的時間縮短1 s，則這個數(shù)字將從30％降低到8％。由此可見終端用戶所感到的時間延遲（user-perceivedlatency）已經(jīng)成為今天Internet的主要性能問題。

　　要開發(fā)高性能、可縮放的 Web 應(yīng)用程序，的方法是在首次請求項時將這些項存儲在Web服務(wù)器上或請求流中的其他軟件上，從而避免重新創(chuàng)建滿足先前請求的信息，可節(jié)省時間和資源。這就要使用數(shù)據(jù)緩存功能。ASP.NET提供了許多緩存功能。為了知道應(yīng)用程序應(yīng)該用哪一種緩存功能，需要了解將要開發(fā)的應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)和每種緩存功能的工作特點及其優(yōu)缺點。作者在軟件開發(fā)過程中，積累了有關(guān)這方面的一些經(jīng)驗，現(xiàn)整理出來供大家參考。

　　1  緩存數(shù)據(jù)的分類

　　ASP.NET的緩存服務(wù)是一種提高服務(wù)器性能、降低服務(wù)器資源浪費的有效方法。對于安全性要求高的應(yīng)用程序，采用在WEB服務(wù)器上維護緩存數(shù)據(jù)的方式可以有效地提高頁面性能。ASP.NET的緩存對各個應(yīng)用來說是私有的，是存儲各種對象的存儲器，緩存的生存周期取決于應(yīng)用的生存周期，當(dāng)應(yīng)用重新啟動時，緩存實際上已重建。利用ASP.NET的緩存功能，結(jié)合性能良好的存儲過程，性地緩存數(shù)據(jù)庫數(shù)頁數(shù)據(jù)，以供用戶分頁查詢，是優(yōu)化Web數(shù)據(jù)查詢性能的比較理想的方式。

　　在Web應(yīng)用程序中，由于變量的生命周期受限于網(wǎng)頁，所以，每當(dāng)。aspx文件被解釋執(zhí)行后，變量的內(nèi)容將不復(fù)存在。為將變量的內(nèi)容保存下來，簡單的方法是使用緩存來存儲變量的值。ASP.NET提供了輸出緩存和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)緩存二種方案，用來創(chuàng)建高性能Web應(yīng)用程序的緩存類型[2]。

　　緩存數(shù)據(jù)按其所在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點位置的不同可以分為三類[1][6]：（1）在客戶端緩存數(shù)據(jù)。（2）在Web服務(wù)器上維護緩存數(shù)據(jù)。（3）在數(shù)據(jù)庫中維護緩存數(shù)據(jù)。它是用數(shù)據(jù)庫儲存Web應(yīng)用程序的全局或會話數(shù)據(jù)的一種方式。

　　2  各種緩存技術(shù)的應(yīng)用模型

　　2.1 無狀態(tài)方式——不維護緩存狀態(tài)

　　在軟件開發(fā)中，并非必須使用緩存來保存數(shù)據(jù)，完全可以通過Web應(yīng)用程序的ASP.NET代碼執(zhí)行查詢并用綁定控件將結(jié)果轉(zhuǎn)換為HTML，從而避免緩存數(shù)據(jù)，使ASP.NET代碼完全是無狀態(tài)的。

　?。?）優(yōu)點：由于不需要在ASP.NET代碼中緩存數(shù)據(jù)，所以應(yīng)用程序的每位用戶需要的內(nèi)存是的。如果單純從內(nèi)存使用的角度看，這種方式有伸縮性。

　?。?）缺點：應(yīng)用程序的性能差。假設(shè)應(yīng)用程序是一個在線目錄，則需要在所有頁上顯示產(chǎn)品目錄列表。如果每次用戶訪問頁時都對數(shù)據(jù)庫進行查詢以得到產(chǎn)品目錄的列表，則將浪費寶貴的數(shù)據(jù)庫連接資源，降低系統(tǒng)的性能。

　　2.2 在客戶端緩存數(shù)據(jù)

　　這類方法通常是利用瀏覽器（如Explorer）本身固有的緩存機制來實現(xiàn)的。瀏覽器把一定時間內(nèi)用戶訪問過的文檔或數(shù)據(jù)都存儲起來，當(dāng)用戶重新訪問同樣的信息時就可以從瀏覽器的緩存中取出，而不需要重新建立HTTP連接。但是，由于必須將信息發(fā)送到客戶端進行存儲，因此這種方式可以存儲的信息量存在一定的客觀限制。

　　2.2.1 Cookie

　　Cookie是由服務(wù)器端生成，發(fā)送給User-Agent（一般是瀏覽器），瀏覽器會將Cookie的key/value保存到某個目錄下的文本文件內(nèi)，下次請求同一網(wǎng)站時就發(fā)送該Cookie給服務(wù)器（前提是瀏覽器設(shè)置為啟用cookie）。Cookie名稱和值可以由服務(wù)器端開發(fā)自己定義，對于JSP而言也可以直接寫入jsessionid，這樣服務(wù)器可以知道該用戶是否合法用戶以及是否需要重新登錄等。

　　Cookie 用于在客戶端上存儲少量經(jīng)常更改的信息。許多Web站點用Cookie在客戶端儲存用戶信息，這些信息與請求一起發(fā)送到服務(wù)器。ASP.NET的Request和Response對象都公開一個Cookies集合，可以用它在服務(wù)器和客戶端往返行程之間儲存和獲取信息。

　?。?）優(yōu)點：①簡單。Cookie是具有簡單鍵值對的、輕量的、基于文本的結(jié)構(gòu)。②可伸縮性好。不需要任何服務(wù)器資源，在客戶端儲存數(shù)據(jù)使ASP.NET代碼成為無狀態(tài)的，這可改進可伸縮性。③可配置到期時間?？梢酝ㄟ^設(shè)置HttpCookie對象的Expires屬性，控制Cookie的失效時間。

　　（2）缺點：①儲存量大小受到限制。對于緩存返回許多行的查詢結(jié)果并不適用。②與瀏覽器安全設(shè)置有關(guān)。在瀏覽器的安全設(shè)置中，可以選擇允許或拒絕創(chuàng)建Cookie，如果瀏覽器選擇禁止接受任何Cookie，則拒絕用Cookie儲存用戶的數(shù)據(jù)。③安全性差。由于用戶可以修改在客戶端儲存的Cookie內(nèi)容，所以不可用來存儲像密碼之類的敏感信息。④持久性。客戶端計算機上Cookie的持久性受到客戶端Cookie到期進程以及用戶干預(yù)的制約。

　　2.2.2 隱藏域

　　可以在頁上的隱藏域中存儲特定于頁的信息，方法類似于Windows窗體中的隱藏控件。ASP.NET提供HtmlInputHidden控件，該控件提供隱藏域功能。但使用同它功能類似的ViewState。

　?。?）優(yōu)點：①簡單。②可伸縮性好。無需服務(wù)器資源，隱藏域在頁上存儲并讀取。③與瀏覽器安全設(shè)置無關(guān)。幾乎所有瀏覽器和客戶端設(shè)備都支持具有隱藏域的窗體。

　?。?）缺點：①有限的存儲結(jié)構(gòu)。隱藏域不支持豐富的結(jié)構(gòu)，隱藏域提供在其中放置信息的單值域。②安全性差。如果直接查看頁輸出源，可以看到隱藏域中的信息，這導(dǎo)致潛在的安全性問題。③性能降低。由于隱藏域存儲在頁本身，因此，如果存儲較大的值，則在用戶顯示頁和發(fā)送頁時，頁的速度就可能會減慢。

　　2.2.3 視圖狀態(tài)（ViewState）

　　在System.Web.UI名稱空間的Page類公開了一個ViewState屬性，它包含一個類似于名稱／值對集合的StateBag對象。ASP.NET頁框架將ViewState存儲到一個字符串變量，將它發(fā)送到客戶端并作為隱藏變量返回。在回發(fā)時，頁框架分析來自隱藏變量的輸入字符串并填充每一控件的ViewState屬性。

　?。?）優(yōu)點：①可伸縮性好。②與瀏覽器安全設(shè)置無關(guān)。ViewState是在頁代碼內(nèi)結(jié)構(gòu)中的一個隱藏域中維護，所以，不管瀏覽器的安全設(shè)置如何，都可以用頁面的ViewState來儲存和獲取數(shù)據(jù)。③儲存量大。頁面可以在ViewState中保存大項目。④頁和控件狀態(tài)自動保持。

　?。?）缺點：①安全性較低。雖然儲存在ViewState中的數(shù)據(jù)是散列的、壓縮的并且是為Unicode實現(xiàn)而編碼的，但用戶仍然可以解密儲存在頁面上的值。②性能降低。如果存儲較大的值，在用戶顯示頁和發(fā)送頁時，頁的速度就可能會減慢。③儲存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型受限制。在ViewState中，只能儲存ASP.NET代碼清楚如何序列化的數(shù)據(jù)，如字符串和整數(shù)這樣的簡單數(shù)據(jù)類型，但不能儲存一般對象。盡管如此，它仍然支持ISerializable接口的對象，如Dataset對象。

　　2.3 在Web服務(wù)器上維護緩存數(shù)據(jù)

　　這類方法是在Web服務(wù)器上使用內(nèi)存作為緩存空間[6]。當(dāng)服務(wù)器響應(yīng)用戶對某個數(shù)據(jù)請求后，在內(nèi)存緩存空間中保留一個副本，下如果有相同的訪問請求，就直接將緩存空間中的副本提供給用戶。這可加快服務(wù)器的反應(yīng)能力和增加服務(wù)器的吞吐量。服務(wù)器端的緩存機制能夠減小用戶的訪問延遲，與客戶端緩存相比具有更高的安全性。但可能使用更多的Web服務(wù)器資源，增加了服務(wù)器硬件和軟件的復(fù)雜度，當(dāng)在信息存儲量較大時限制了應(yīng)用程序的可擴展性。

　　ASP.NET提供了在服務(wù)器上維護狀態(tài)管理的四種方式。

　　2.3.1 會話狀態(tài)（Session）

　　Page類公開一個Session屬性，可以在Session中存儲會話特定的值和對象，該Session對象將由服務(wù)器來進行管理并可用于瀏覽器或客戶端設(shè)備。存儲在Session變量中的理想數(shù)據(jù)是特定于單獨會話的短期的、敏感的數(shù)據(jù)，直到用戶的會話中止。

　　對Session的應(yīng)用，要先通過在文件Global.asax中進行設(shè)置，然后在。aspx頁面中進行調(diào)用。如可用下面的程序在Global.asax中加上一個Session_Start方法以定義要響應(yīng)的屬性。

　　void Session_Start（Object sender，EventArgs e）

　　{

　　Session.Add（″lastvalue″，0）；

　　}

　　賦予屬性一個初值，這樣當(dāng)在頁面（。aspx）裝入時直接使用這個默認值。對Session值的應(yīng)用類似于對變量的使用（如Position=（int）Session[″lastvalue″]+1；），如果用它存儲數(shù)據(jù)集，則必須將其從Object強制轉(zhuǎn)換回數(shù)據(jù)集。

　?。?）優(yōu)點：①易于實現(xiàn)。Session為ASP開發(fā)人員所熟悉，并且與其他。NET框架類一致。②安全性高。數(shù)據(jù)是由Web服務(wù)器而不是在瀏覽器中維護的，用戶不能通過瀏覽器來訪問或修改Session中的內(nèi)容。③與瀏覽器安全設(shè)置無關(guān)。Session可用于不支持HTTP Cookie的瀏覽器。④獨立性好。每個用戶的會話設(shè)置是分開的，不可共享。⑤會話特定的事件。會話管理事件可以由應(yīng)用程序引發(fā)和使用。⑥持久性。放置于會話狀態(tài)變量中的數(shù)據(jù)在經(jīng)過Internet信息服務(wù)（IIS）重新啟動和輔助進程重新啟動后，會話數(shù)據(jù)不會丟失。⑦平臺可縮放性。會話狀態(tài)對象可在多計算機和多進程配置中使用，因而優(yōu)化了可縮放性方案。

　?。?）缺點：①可伸縮性差。應(yīng)用程序的每個會話都要在服務(wù)器上占用一定的資源，當(dāng)有大量訪問Web應(yīng)用程序的用戶時，就應(yīng)考慮要使用的服務(wù)器資源總量。②性能降低。Session變量在被移除或替換前保留在內(nèi)存中，如果其中包含類似大型數(shù)據(jù)集的信息塊，則可能會因服務(wù)器負荷的增加而降低Web服務(wù)器的性能。

　　2.3.2 應(yīng)用程序狀態(tài)（Application）

　　ASP.NET通過HttpApplicationState類將Application提供為一種存儲全局應(yīng)用程序特定信息的方法。Application對象與Session對象類似，不同的是通過頁面的Application屬性取得的數(shù)據(jù)是所有會話所共享的。插入到Application變量的理想數(shù)據(jù)是那些由多個會話共享并且不經(jīng)常更改的數(shù)據(jù)。

　?。?）優(yōu)點：①易于實現(xiàn)。②與瀏覽器安全設(shè)置無關(guān)。③共享性高。因為儲存在Application中的數(shù)據(jù)對應(yīng)用程序的所有會話都是可用的，所以它是儲存所有會話都能使用的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)（如產(chǎn)品目錄列表）的理想位置。

　?。?）缺點：①可伸縮性差。②持久性。因為在Application中存儲的全局?jǐn)?shù)據(jù)是易失的，所以如果包含這些數(shù)據(jù)的 Web服務(wù)器進程被損壞，將丟失這些數(shù)據(jù)。③全局范圍。在Application中存儲的變量僅對于該應(yīng)用程序正在其中運行的特定進程而言是全局的，并且每一應(yīng)用程序進程可能具有不同的值。因此，不能依賴Application來存儲惟一值或更新網(wǎng)絡(luò)園和網(wǎng)絡(luò)場配置中的全局計數(shù)器。④性能降低。當(dāng)服務(wù)器負載增加時，就會降低Web服務(wù)器的性能，但比在Session中維護數(shù)據(jù)的情況要好。

　　2.3.3 Cache

　　如果對微型計算機硬件系統(tǒng)有足夠的了解，那么我們對于Cache這個名詞一定是耳熟能詳?shù)摹Ｔ贑PU以及主板的芯片中，都引入了這種名為高速緩沖存儲器（Cache）的技術(shù)。因為Cache的存取速度比內(nèi)存快，因而引入Cache能夠有效的解決CPU與內(nèi)存之間的速度不匹配問題。硬件系統(tǒng)可以利用Cache存儲CPU訪問概率高的那些數(shù)據(jù)，當(dāng)CPU需要訪問這些數(shù)據(jù)時，可以直接從Cache中讀取，而不必訪問存取速度相對較慢的內(nèi)存，從而提高了CPU的工作效率。軟件設(shè)計借鑒了硬件設(shè)計中引入緩存的機制以改善整個系統(tǒng)的性能，尤其是對于一個數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的Web應(yīng)用程序而言，緩存的利用是不可或缺的，畢竟，數(shù)據(jù)庫查詢可能是整個Web站點中調(diào)用頻繁但同時又是執(zhí)行緩慢的操作之一，我們不能被它老邁的雙腿拖緩我們前進的征程。緩存機制正是解決這一缺陷的加速器。

　　Page對象公開一個Cache屬性，可以將Cache對象想象為更健壯的Application對象。儲存在Cache中的數(shù)據(jù)對應(yīng)用程序的所有會話都是可用的?？梢韵駥pplication對象一樣訪問和修改Cache對象的內(nèi)容[3]。

　　但在通過Add或者Insert方法向Cache添加項目時，Cache對象還提供了下面的附加功能：

　　（1）可以通過提供具體值（DateTime）或者相對值（Time-

　　Span）來指定何時從緩存中刪除該項。

　?。?）可以指定CacheDependancy，它會在dependent項改變時迫使項從緩存中刪除。

　　（3）可以指定當(dāng)項從緩存中被刪除時，ASP.NET要調(diào)用的回調(diào)函數(shù)。

　　使用Cache對象的優(yōu)點及缺點與Application對象的很相似，只是Cache對象還提供了額外的緩存刪除功能。

　　下面給出一個使用Cache存儲大數(shù)據(jù)的示例。在下面的Web表單中，對次請求從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)，并把它存入到應(yīng)用程序緩存。將Dataset加入緩存時，設(shè)置5分鐘的到期限制，以便5分鐘內(nèi)的全部請求都使用緩存的Dataset。對于緩存Dataset到期之后出現(xiàn)的次請求，數(shù)據(jù)庫又會被訪問，新的Dataset開始緩存。為了證實這一觀點，Dataset次被創(chuàng)建，就把“鍵—值”對加入到DataSet.ExtendedProperties集合中，這是一個能保存用戶定義的“鍵—值”對集合。用它可存儲Dataset生成時間，這樣就可把它顯示到頁面上。

　　下面的方法用于在Cache中存儲數(shù)據(jù)并在控件DataGrid1中顯示。

　　private void datasetshow（ ）

　　{/**構(gòu)建新的DataSet，并用Cache的Get的方法的結(jié)果為它賦值，該方法返回匹配指定鍵名的Object實例，并強制將它轉(zhuǎn)化為一個DataSet對象*/

　　DataSet myDataSet=（DataSet） Cache.Get（″CacheddataSet″）；

　　if （myDataSet==null）

　　{//dataLocationLabel記錄DataSet所在的位置及時間

　　dataLocationLabel.Text=″<p>次來！時間是：″+

　　DateTime.Now.ToLongTimeString（ ）+″</p>″；

　　myDataSet=new DataSet（ ）；

　　//登錄數(shù)據(jù)庫服務(wù)器并填充數(shù)據(jù)集

　　login（″sa″，myDataSet）；

　　//記錄創(chuàng)建時間

　　myDataSet.ExtendedProperties.Add（″creattime″，

　　DateTime.Now.ToLongTimeString（ ））；

　　//在Cache中插入一個DataSet對象，設(shè)置5分鐘到期限制Cache.Insert（″CacheddataSet″，myDataSet，null，DateTime.Now.AddMinutes（5），TimeSpan.Zero）；

　　}

　　else {

　　dataLocationLabel.Text=″<p>數(shù)據(jù)取自cache中，創(chuàng)建時間是：″+myDataSet.ExtendedProperties[″creattime″]+″</p>″+″<p>你這次來的時間是：″+DateTime.Now.ToLongTimeString（ ）+″</p>″；

　　}

　　DataGrid1.DataSource=myDataSet.Tables[″authors″]；

　　DataGrid1.DataBind（ ）；

　　}

　　2.3.4 輸出緩存

　　輸出緩存允許將動態(tài)頁或用戶控件響應(yīng)存儲在輸出流（從發(fā)起服務(wù)器到請求瀏覽器）中任何具備HTTP 1.1緩存功能的設(shè)備上。當(dāng)后面的請求發(fā)生時，不執(zhí)行頁或用戶控件代碼，緩存的輸出用于滿足該請求。

　　（1）優(yōu)點：如果需要根據(jù)DataSet的內(nèi)容重復(fù)產(chǎn)生同樣的HTML，則輸出緩存就是有效的，因為它在服務(wù)器端需要的處理更少。與Cache類似，可以控制輸出在緩存中保留的時間。

　?。?）缺點：就像其他服務(wù)器端緩存功能一樣，輸出緩存仍然會消耗服務(wù)器上的資源。

　　2.4 在數(shù)據(jù)庫中維護狀態(tài)

　　當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行一個非常復(fù)雜或者相當(dāng)花費時間的查詢時，可以將查詢的結(jié)果儲存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的一個單獨數(shù)據(jù)表中，而不是每次在用戶請求下一頁的結(jié)果時都要執(zhí)行這個查詢[1]。

　　（1）優(yōu)點：①無狀態(tài)性。②持久性?？梢愿鶕?jù)需要在盡可能長的時間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)庫信息，這些信息不受Web服務(wù)器可用性的影響。③安全性高。對數(shù)據(jù)庫的訪問要求嚴(yán)格的身份驗證和授權(quán)，這種訪問通常非常安全。④可伸縮性好、應(yīng)用程序的性能高。使用這種方法即使數(shù)據(jù)量很大，對應(yīng)用程序的性能影響也不會大。⑤可靠性和數(shù)據(jù)完整性。數(shù)據(jù)庫包括多種用于維護有效的功能，其中包括觸發(fā)器和引用完整性、事務(wù)等。通過在數(shù)據(jù)庫中（而不是在會話狀態(tài)等對象中）保存有關(guān)事務(wù)的信息，可方便地從錯誤恢復(fù)。⑥可訪問性。存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可供多種信息處理工具訪問。

　?。?）缺點：①復(fù)雜性。使用數(shù)據(jù)庫支持狀態(tài)管理意味著更復(fù)雜的硬件和軟件配置，這比將數(shù)據(jù)儲存在Session、Application、Cache、ViewState或者Cookie這樣的簡單對象或集合中更復(fù)雜。②性能降低。不佳的關(guān)系數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致擴展問題，對數(shù)據(jù)庫執(zhí)行過多的查詢可能會影響服務(wù)器性能。

　　3  結(jié)束語

　　ASP.net是把基于通用語言的程序在服務(wù)器IIS上運行。不像以前的ASP即時解釋程序，而是將程序在服務(wù)器端首次運行時進行編譯，這樣的執(zhí)行效果，當(dāng)然比一條一條的解釋強很多。但是ASP.net也有一個特點，就是每修改程序（即代碼類）必須重新編譯，修改幾次就必須重新編譯幾次，執(zhí)行效果也會有所降低。

　　綜上所述，對于安全性要求高的應(yīng)用程序，應(yīng)當(dāng)使用在Web服務(wù)器上維護緩存數(shù)據(jù)的方式；伸縮性要求高的應(yīng)用程序，應(yīng)當(dāng)使用在客戶端上維護緩存數(shù)據(jù)的方式。儲存的數(shù)據(jù)越多，加載頁面的時間越長，系統(tǒng)的性能就差。如果需要儲存大量特定于會話的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中儲存數(shù)據(jù)是一種明智的選擇。