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AppFabric 缓存 实际应用与集成Andrea Colaci Microsoft Windows Server AppFabric 以前的代号是“Velocity”，提供了可以集成到 Web 应用程序和桌面应用程序的分散式缓存。AppFabric 能够提高性能、可伸缩性和可用性，而从开发人员的角度来看，其行为方式与普通的内存缓存一样。任何可序列化的对象都可以缓存，例如 DataSet、DataTable、二进制数据、XML、自定义实体以及数据传输对象。AppFabric 客户端 API 简单易用，服务器 API 则具备全功能的分布式资源管理器 (DRM)，该工具可以管理一个或多个缓存服务器（多个服务器构成一个缓存群集）。每个服务器将提供各自的内存份额，执行各自的对象序列化与传输、区域分组、基于标签的搜索和过期关闭。缓存服务器还支持高可用性，借助该功能可在备用服务器上创建对象副本。2009 年 6 月号的 MSDN 杂志 中包含一篇对 Windows Server AppFabric 的精彩介绍，作者是 Aaron Dunnington (/magazine/dd861287)。在本文中，我将说明如何将 AppFabric 缓存集成到桌面和 Web 应用程序中。与此同时，我会提供一些最佳实践，并针对如何利用 Microsoft .NET Framework 4 和 ASP.NET 4 中的新增功能给出一些提示。您还可以了解如何解决在使用分布式缓存时常见的问题。接下来的所有代码示例均来自一个名为 Velocity Shop 的完整演示解决方案，该方案可以从 Codeplex 上获得，网址为：。请注意，本文中将要讨论的 Windows Server AppFabric 不同于 Windows Azure 平台的 AppFabric。有关 Windows Azure 技术的更多信息，请参见 /windowsazure/appfabric。入门目前的 Windows Server AppFabric Beta 2 Refresh 可以通过几种方式来安装，以用于开发。借助 Web Platform Installer (/web/downloads)，可以通过一个可配置的安装包轻松安装各种 Web 开发应用程序和框架。不仅如此，Web Platform Installer 还会进行更新，以便包括新发行的受支持的应用程序和框架。如果只想安装 AppFabric，则可以访问 Windows Server 开发人员中心的 Windows Server AppFabric 页面，其中包含一个指向最新发行版的链接。该页面的网址为：/windowsserver/ee695849。安装程序完成后，AppFabric 缓存差不多已经可以使用。下一步是创建一个命名缓存，即用于存储数据的逻辑容器。可以通过 Windows PowerShell 中的 New-Cache cmdlet 来执行此操作：复制代码 New-Cache -cacheName Catalog若要开始在应用程序中使用 AppFabric 缓存，只需在 Visual Studio 项目中添加对 CacheBaseLibrary.dll、CASBase.dll、CASMain.dll 和 ClientLibrary.dll 的引用即可。客户端库简单明了。以下代码显示了如何访问分布式缓存以便访问命名缓存，以及如何存储或检索对象：复制代码 cacheCluster = new DataCacheServerEndpoint1;cacheCluster0 = new DataCacheServerEndpoint( ServerName, 22233, DistributedCacheService);DataCacheFactory factory = new DataCacheFactory(cacheCluster, true, false);DataCache cache = factory.GetCache(Catalog);/ Putting a product in cachecache.Put(Product100, myProduct);/ Getting Product from cacheProduct p = (Product)cache.Get(Product100);在开始使用 AppFabric 缓存之前，最好是制定一些计划。第一步是考虑如何设置缓存。这决定了可以在应用程序中利用 AppFabric 缓存的哪些功能。最开始，需要为您的项目设置一个命名缓存，如前所述。设置好后，可以自定义过期和通知策略。各个对象或集合可能需要不同的缓存持续时间，并且在内存过于紧张时合理地从缓存中删除（或者不删除）。若要为指定的命名缓存设置绝对过期超时时间，可使用带 TTL 参数的 New-Cache cmdlet。除了命名缓存外，您可能还需要配置区域。这些区域就像缓存中的子组，可用来组织对象，从而简化在缓存中查找对象的过程。例如，我的应用程序使用一个消费电子设备目录。那么我可以创建一个名为“目录”的缓存，在其中将我的产品划分到名为“电视机”、“照相/摄像机”和“MP3 播放器”的区域中。您只能在运行时创建区域，为此，需要使用 dataCache.CreateRegion 方法，并提供区域名称：复制代码 / Always test if region exists;try cache.CreateRegion(Televisions, false);catch (DataCacheException dcex) / if region already exists its ok, / otherwise rethrow the exception if (dcex.ErrorCode != DataCacheErrorCode.RegionAlreadyExists) throw dcex;请记住，如果已经存在同名的区域，将引发 DataCacheException 错误，因此您必须使用恰当的 try-catch 块。但如果您需要根据功能来搜索产品呢？这时就可以使用 AppFabric 缓存的另一项有用功能：基于标签的搜索。该功能只在使用区域时可用，它可以为缓存中驻存的每项附加一个或多个标签，用于以后的搜索。例如，我想找到“电视机”区域中带“LED 显示屏”和“46 英寸”标签的所有产品，那么我需要使用 GetByAllTags 方法，指定 DataCacheTags 列表，就这样。以下是一个基于标签的搜索示例：复制代码 DataCacheServerEndpoint cacheCluster = GetClusterEndpoints();DataCacheFactory factory = new DataCacheFactory(cacheCluster, true, false);DataCache cache = factory.GetCache(Catalog);IEnumerableKeyValuePair itemsByTag = cache.GetObjectsByTag( new DataCacheTag(LED-Panel), Televisions);在现有或新的应用程序中引入缓存层时，您还必须考虑到一些常见问题。这样有助于标识和区分可用于缓存的数据类型。以下就是三个类别： 引用数据，这包括不会经常发生变化的只读数据（如果有），例如国家/地区列表、一般储备项的目录或者产品数据表。 活动数据，这包括会根据每个用户或会话发生变化的数据，例如购物车或意向清单。 资源数据，这类信息常常会发生变化并且受多个用户活动类型的影响，例如产品库存在用户下订单后发生的变化。这种分类有利于为每个命名缓存指定过期和通知策略，使您能够合理有效地利用资源。请记住，即便您可以向群集中添加缓存服务器，内存资源也始终是有限的。缓存生命周期当应用程序启动时，缓存是空的。但是用户要访问网站。那么如何准备好缓存呢？由于使用直接缓存模式，因此当请求的数据不在缓存中时，启用缓存的应用程序必须能够切换到永久存储中，例如 SQL Server 数据库。但是在数据量很大的情况下，此过程的消耗也可能很大，尤其是在处理大量引用数据时，或者无法保证缓存加载的唯一性时。在某个特定的时候，可能会有多个线程针对某一对象检验缓存，随后尝试从存储中加载数据，并将数据驻存在缓存中用于以后的请求。由于既要提取未经缓存的数据，又要不必要地频繁执行数据缓存，因此会导致性能降低。这时，类似于 IIS 7.5 服务自动启动之类的功能就派得上用场了。借助 AppFabric，您可以使用读取器锁来获得相似的结果。若要启用服务自动启动功能，必须对 applicationHost.config 进行一些更改，如下所示：复制代码 接下来，使用自定义代码实现 Preload 方法，将引用数据和资源数据载入命名缓存中：复制代码 using System.Web.Hosting;namespace DemoApp public class WarmUp : IProcessHostPreloadClient public void Preload(string parameters) / Cache preload code here. 这使 Web 应用程序仅在 Preload 方法执行完之后可用。在如图 1 所示的服务器场方案中，还有另外一个问题：每个冷启动的应用程序需要访问永久存储以加载其缓存。默认的 ASP.NET 缓存绑定到用来运行应用程序的 appDomain，因此您只执行一次缓存加载操作。但在 AppFabric 中，缓存可以在各个 Web 服务器之间共享，从而在各个 Web 应用程序之间共享，因此能避免并行的缓存加载尝试。图 1 服务器场中的 AppFabric 缓存将缓存加载委托给单个服务器有多种选择。AppFabric Beta 1 中引入了读取器锁这种功能。借助该功能，您可以在缓存项密钥添加到缓存之前将其锁定。只有第一个锁定密钥的预加载代码才能启动与其关联的数据加载。这就像在缓存加载期间，在使用密钥之前预定密钥。您还可以利用该技术在各个 Web 服务器之间分发缓存加载操作。您可以预先对每个服务器进行配置，使其加载与特定的预定密钥关联的数据。了解何时加载缓存是一个常见的与分布式资源（如缓存群集）相关的同步问题。利用 AppFabric 缓存，可以通过几种方法来确定缓存何时就绪。一种方法是让服务器在加载各自预定的密钥数据之后轮询公共密钥。另外的方法包括，订阅缓存就绪通知，甚至可以在一个单独的服务或应用程序中执行预加载阶段，这是因为缓存现在是分布式的，从 Web 和桌面应用程序中都可以访问。另外，还可以利用 .NET Framework 4 的 System.Threading.Tasks.Parallel 类来并行执行多个缓存加载操作，如图 2 所示。图 2 并行的缓存加载 复制代码 / load catalog items from DBSQLServerCatalogProvider SQLServerCatalogProvider = new SQLServerCatalogProvider();itemsInCategory = SQLServerCatalogProvider.GetItemsByCategoryId(categoryId);_helper.CreateRegion(categoryId);Parallel.ForEach(itemsInCategory, item = / put each catalog item in cache with tags if (item.Tags=string.Empty) _helper.PutInCache(item.ProductId, item, categoryId); else _helper.PutInCache(item.ProductId, item, categoryId, item.Tags););/ Code from Helper classpublic void PutInCache(string key, object value, string region, string tags) List itemTags = new List(); foreach (var t in tags.Split(,).ToList() itemTags.Add(new DataCacheTag(t.ToLower(); _cache.Put(key, value, itemTags , region);在以后的 AppFabric 缓存版本中，计划增加缓存遍历功能。这样当数据不存在时，您就能够自动运行自定义代码来加载缓存；与此相反，当缓存中的信息已更新时，就将数据保存到永久存储中。ASP.NET 集成借助 ASP.NET 提供程序模型，开发人员可以从三种会话提供程序中进行选择：InProc、StateServer 和 SQLServer。使用 AppFabric 缓存时，第四个会话提供程序在技术上是可行的，但是应当小心不要将会话与缓存混淆。缓存用于提高性能，会话用于使应用程序达到一定的状态。用于 ASP.NET 的 AppFabric 缓存会话提供程序使用其分布式缓存（可能具有高可用性）作为 ASP.NET 会话的存储库。这一功能是透明的，且无需打断现有的代码便可以使用。有了这样的提供程序，ASP.NET 会话就可以在 Web 服务器崩溃或脱机的情况下保持可用，这是因为，会话是另外存储在 AppFabric 缓存中的。安装并配置完 AppFabric 缓存之后，您必须创建一个命名缓存来存储 ASP.NET 会话。然后就可以通过修改 Web.config 来启用 DataCacheSessionStoreProvider，如图 3 所示。图 3 在 AppFabric 缓存中启用 ASP.NET 会话复制代码 .由于只有服务器一端需要使用 .NET Framework 4，而客户端库使用 .NET Framework 3.5 和 4 均可，因此您可以将 AppFabric 缓存集成到现有的 ASP.NET 3.5 应用程序中。ASP.NET 4 的另一个扩展点是输出缓存。从 ASP.NET 1.0 版本以来，已经能够将生成的页面和控件输出存储在内存缓存中。后续请求可以从内存中获取此输出而不用再次生成。ASP.NET 4 支持配置一个或多个自定义输出缓存提供程序。ASP.NET 4 后将会提供 AppFabric 输出缓存提供程序，您也可以通过扩展 OutputCacheProvider 类和修改 Web.config 来自行启用。ORM 集成多数常用的对象关系映射 (ORM) 框架具备名为二级缓存的功能。二级缓存是一个存储库，用于在一段可配置的时间内存储实体、集合和查询结果。如果要从永久存储中加载某个实体，ORM 会首先检验二级缓存中是否已经加载了该实体。如果已经存在，则会向调用代码传递一个所请求实体的实例，而不需要直接访问数据库。每个 ORM 实现都有各自用来处理实体关联、集合与查询结果的策略，这对二级缓存也同样适用。根据您所使用的 ORM，您可能会发现自己的二级缓存自定义和消耗选项是有限的，这迫使您不得不采用特殊的方法来消耗缓存更改。例如，如果过期策略和缓存依赖关系难以自定义，则对象争用情况可能会增加，而缓存效率会降低。NHibernate 和实体框架都可以使用 App