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。
關(guān)鍵詞： ASP.NET  高速緩存  Cookie  會話狀態(tài)  應(yīng)用程序狀態(tài)  視圖狀態(tài)

　　隨著經(jīng)濟全球化的發(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。
　　要開發(fā)高性能、可縮放的 Web 應(yīng)用程序，最好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
　　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.aspx文件被解釋執(zhí)行后，變量的內(nèi)容將不復存在。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。
　　(1)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)存是最小的。如果單純從內(nèi)存使用的角度看，這種方式最具有伸縮性。
　　(2)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 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。
　　(1)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?？蛻舳擞嬎銠C上Cookie的持久性受到客戶端Cookie到期進程以及用戶干預的制約。
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。但最好使用同它功能類似的ViewState。
　　(1)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。
　　(2)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。
　　(1)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。
　　(2)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，下一次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)器硬件和軟件的復雜度，當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。
　　(1)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。
　　(2)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)。
　　(1)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。
　　(2)缺點：①可伸縮性差。②持久性。因為在Application中存儲的全局數(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
　　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。
　　(2)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，對第一次請求從數(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)的第一次請求，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第一次被創(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>第一次來！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)容重復產(chǎn)生同樣的HTML，則輸出緩存就是最有效的，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。
　　(2)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)
　　當應(yīng)用程序執(zhí)行一個非常復雜或者相當花費時間的查詢時，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。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。
　　(2)缺點：①復雜性。使用數(shù)據(jù)庫支持狀態(tài)管理意味著更復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
　　綜上所述，對于安全性要求高的應(yīng)用程序，應(yīng)當使用在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。
參考文獻
1   Sceppa D著，梁超，張莉，賀堃譯.ADO.NET技術(shù)內(nèi)幕.北京：清華大學出版社，2003
2   McClure W B，Croft J J著，李萬紅譯.構(gòu)建高度可伸縮的.NET數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序.北京：清華大學出版社，2003
3   Dickinson P著，張曉明譯.ADO.NET高級編程.北京：中國電力出版社，2003
4   劉楊.突破C#編程實例五十講.北京：中國水利水電出版社，2002
5   陳英學.Microsoft ASP.NET深入編程.北京：北京希望電子出版社，2001
6   樂德廣.網(wǎng)絡(luò)緩存技術(shù)及應(yīng)用的研究.計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2003；(5)
7   李用江.數(shù)據(jù)庫中大文本數(shù)據(jù)存取方法的探討.計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2004；(5)