ASP.NET Core 内存缓存实战：一篇搞懂该怎么配、怎么避坑
么是缓存
从用户请求到数据库返回数据，这是一个漫长的过程（夸张了点，通常也就是几十毫秒到几百毫秒）。可是又不止一个用户在访问，甚至同一个用户在短时间内发起多个相似请求，这时候每次都走完整个流程就显得很浪费了。缓存的作用就是把之前请求的结果存储起来，下次有相同请求时直接返回缓存结果，省去重复计算和数据库访问的开销。所以，缓存是一个存储机制，使用它的目的是为了提高性能和响应速度。
asp.net core 中的缓存类型
在 asp.net core 中，提供了三种常用的缓存方案：
- 内存缓存（IMemoryCache）：适用于单实例应用或者分布式环境中的本地缓存。
- 分布式缓存（IDistributedCache）：适用于分布式环境中的共享缓存，常见实现有 Redis、SQL Server 等。
- Hybrid 缓存：结合内存缓存和分布式缓存，先查内存缓存，未命中再查分布式缓存。
每一类的缓存都有自己的使用场景和适用边界，选择合适的缓存方案是非常重要的。
asp.net core 的内存缓存 IMemoryCache
asp.net core 的内存缓存使用本地内存来临时存储数据，所以它的访问速度非常快，通常远快于网络和数据库访问（具体耗时取决于数据大小与序列化开销）。但是内存缓存也有一些限制，不能在多实例中共享数据。此外，内存缓存的数据会随着应用重启而丢失，所以它更适合存储一些临时数据或者不需要持久化的数据。存放在本机内存中，会占用服务器的内存资源，如果缓存的数据量过大或者过期策略设置不当，可能会导致内存压力增大、频繁回收或者性能问题。因此，在使用内存缓存时需要注意以下几点：
- 不要将外部输入作为缓存键，因为这类输入可能会消耗不可预测的内存资源，导致缓存被恶意攻击或者误用。
- 设置合理的过期时间限制缓存的增长。
- 限制缓存的大小，避免占用过多内存资源。
在 asp.net core 中使用 IMemoryCache
在 asp.net core 中使用 IMemoryCache 非常简单，首先需要在 Program.cs 中注册服务：
var builder = WebApplication.CreateBuilder(args); |
builder.Services.AddMemoryCache(); |
然后在需要使用缓存的地方注入 IMemoryCache：
public class MyService |
{ |
private readonly IMemoryCache _cache; |
public MyService(IMemoryCache cache) |
{ |
_cache = cache; |
} |
public async Task<string> GetDataAsync(string key) |
{ |
if (_cache.TryGetValue(key, out string value)) |
{ |
return value; // 从缓存中获取数据 |
} |
else |
{ |
value = await FetchDataFromDatabaseAsync(key); // 从数据库获取数据 |
_cache.Set(key, value, TimeSpan.FromMinutes(5)); // 将数据存入缓存，设置过期时间为5分钟 |
return value; |
} |
} |
} |
在上面的示例中，我们首先尝试从缓存中获取数据，如果缓存命中就直接返回，否则就从数据库获取数据，并将结果存入缓存中，设置过期时间为5分钟。这样下次有相同请求时，就可以直接从缓存中获取数据，提高性能和响应速度。
除了上面的手动 try-get-set 模式，IMemoryCache 还提供了 GetOrCreateAsync 方法，可以更简洁地实现相同的功能，更推荐使用这种：
public async Task<string> GetDataAsync(string key) |
{ |
return await _cache.GetOrCreateAsync(key, async entry => |
{ |
entry.AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(5); // 设置过期时间 |
return await FetchDataFromDatabaseAsync(key); // 从数据库获取数据 |
}); |
} |
IMemoryCache 的优化技巧
在使用内存缓存时，还有一些优化技巧可以帮助我们更好地管理缓存：
1、使用滑动过期策略（Sliding Expiration）来延长缓存的生命周期。滑动过期策略会在每次访问缓存项时重置过期时间，这样可以确保经常访问的数据不会过早过期。示例：
_cache.Set(key, value, new MemoryCacheEntryOptions |
{ |
SlidingExpiration = TimeSpan.FromMinutes(5) // 每次访问后过期时间重置为5分钟 |
}); |
2、使用绝对过期策略（Absolute Expiration）来设置缓存的最大生命周期。绝对过期策略会在指定的时间点过期，不管是否被访问过。示例：
_cache.Set(key, value, new MemoryCacheEntryOptions |
{ |
AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(30) // 30分钟后过期 |
}); |
3、限制缓存总大小并为每个缓存项设置大小。启用 SizeLimit 后，写入的缓存项都应显式设置 Size，否则在运行时会抛出异常。示例：
builder.Services.AddMemoryCache(options => |
{ |
options.SizeLimit = 1024; // 缓存总容量（单位由业务自行约定） |
}); |
_cache.Set(key, value, new MemoryCacheEntryOptions |
{ |
Size = 1 // 当前缓存项占用 1 个单位 |
}); |
4、设置缓存项的优先级，确保重要的数据不被过早移除：
_cache.Set(key, value, new MemoryCacheEntryOptions |
{ |
Size = 1, |
Priority = CacheItemPriority.NeverRemove // 设置永不移除优先级 |
}); |
5、利用回调函数处理缓存项被移除时的逻辑，比如记录日志或者清理相关资源：
_cache.Set(key, value, new MemoryCacheEntryOptions |
{ |
PostEvictionCallbacks = |
{ |
new PostEvictionCallbackRegistration |
{ |
EvictionCallback = (k, v, reason, state) => |
{ |
Console.WriteLine($"缓存项 {k} 被移除，原因：{reason}"); |
} |
} |
} |
}); |
6、压缩缓存数据，减少内存占用。可以使用第三方库（如 System.IO.Compression）来压缩数据后再存入缓存
这个场景只适合存储较大的数据对象，且对访问性能要求不高的情况，因为压缩和解压缩会增加 CPU 开销，为了一点内存牺牲计算，得不偿失。示例：
var compressedValue = Compress(value); // 压缩数据 |
_cache.Set(key, compressedValue, new MemoryCacheEntryOptions |
{ |
Size = compressedValue.Length // 设置缓存项的大小为压缩后的长度 |
}); |
总结
asp.net core 内存缓存很强大，但是有它的局限性。在使用内存缓存时，需要注意合理设置过期策略、限制缓存大小等问题。通过合理使用内存缓存，可以显著提高应用的性能和响应速度。