浅谈缓存管理 - Juvy

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缓存这个东西可大可小，小到一个静态的字段，大到将整个数据库Cache起来。项目开发过程中缓存的应用到处可见，在这篇博文中笔者就来谈谈自己的项目中关于缓存实现。

最常见的缓存功能，如C#语言中的Dictionary对象，应该至少包含以下几个功能：

Init()：缓存的初始化；
如：Dictionary<int, object> dic = new Dictioinary<int, object>();
Add()：增加缓存；
如：dic.Add(1, new object());
Set()：设置缓存；
这里的Set()和Add()是有一点区别的，Add()的时候发现已存在的缓存，则直接返回；而调用Set()的时候会检查，如果不存在执行Add()；如果存在，则替换(Remove first，then add)。如：dic[1] = new object();
Reload()；重新加载缓存，在某些情况想功能相当于Init；
如：dic=new Dictionary<int, object>()；
Remove()：移除缓存;
如：dic.Remove(1)，（注：执行Remove方法的时候，类似于Set，当key不存在的时候，不作任何处理）；
Clear()：清空缓存。
如：dic.clear();

如果你用过Dictionary对象的话，相信上面提到的方法对你都不会感到陌生，但是，仅仅一个Dictionary就能够满足我们的需要吗？这里笔者来说说Dictionary的缺点：

一个Dictionary对象的实例是不够用的；
并非所有的缓存的key都是int类型，所以你会在需要的地方不断的定义Dictionary对象，管理起来到底有多难，你懂的。
Dictionary的索引问题；
大家都知道，在进行Dictionary[key]操作的时候，首先要判断是否存在。如果存在，则返回【或许你可以通过Dictionary.TryGetValue(...)方法来避开这一步检查】；如果不存在，则要通过一些方式来获取该对象，然后追加到缓存中去；
Dictionary的遍历问题；
或许你会讲，Dictionary是支持foreach遍历的，好吧，这个我也承认；但是，你有没有在有的时候，需要采用for的方式来遍历Dictioanry对象实例呢？那个时候我想你肯定也纠结了一番。
Dictionary的查找问题；
查找？不是可以通过key来索引吗，还需要什么查找？好吧，这个我也承认；但是有些时候，我不仅仅只是需要通过键名key来查找啊，可能还需要通过dic.Find<TValue>(Predicate match), dic.FindAll<TValue>(Predicate match)等方式来查找，这个Dictionary有吗？答案是：没有。
Dictionary的线程安全问题；
这点不多说，因为Dictionary不是线程安全的。
Dictionary的与实际数据的同步问题；
一般来说，既然用到缓存，那么这些数据基本上是读操作远远大于写操作的，所以不可能为了那么一点点的写操作，来额外加多一个定时器进行数据同步，如果是这样的话，如果有100类数据需要进行缓存，那不是伴随着100个定时。，难以想想，这是多么大的一个累赘啊。

请别上火，因为写了这么多还在说理论；在写我自己的缓存实现的时候，我首先要谈谈我这个缓存管理的应用场景，因为任何一项技术都是因为特定需求而产生的，脱离了实际需求的技术都是空谈，说白了就是无用功。

在我的项目中，有很多的基础对象，如果数据字典，枚举，模块，权限等数据库对象，这些信息是在项目开发完成后基本上是不会再发生太大的改变的，而且这些数据的访问平率是非常高的，如果每次访问都需要一次数据库连接的话，那对数据库的压力可想而知了。下面是ConcurrentDictionary.cs的代码：

1 public class ConcurrentDictionary<TKey, TData>
  2 {
  3     #region 私有字段
  4
  5     /// <summary>
  6     /// 单一源数据（GetOneDataByOneKey）获取器
  7     /// </summary>
  8     private Func<TKey, TData> _SourceDataGetter;
  9     /// <summary>
10     /// 所有源数据获取器
11     /// </summary>
12     private Func<List<TData>> _SourceAllDataGetter;
13     /// <summary>
14     /// 缓存存放字典对象
15     /// </summary>
16     private Dictionary<TKey, TData> _Dic;
17     /// <summary>
18     /// 缓存存放列表对象
19     /// </summary>
20     private List<TData> _List;
21     /// <summary>
22     /// 缓存锁
23     /// </summary>
24     private object _Lock;
25
26     #endregion
27
28     #region 公共属性
29
30     /// <summary>
31     /// 换成对象个数
32     /// </summary>
33     public int Count
34     {
35         get
36         {
37             return this._Dic.Count;
38         }
39     }
40
41     /// <summary>
42     /// 列表数据
43     /// </summary>
44     public List<TData> List
45     {
46         get
47         {
48             if (this._List.Count < this._Dic.Count)
49             {
50                 this._List.Clear();
51                 foreach (KeyValuePair<TKey, TData> kvp in this._Dic)
52                 {
53                     this._List.Add(kvp.Value);
54                 }
55             }
56             return this._List;
57         }
58     }
59
60     #endregion
61
62     #region 构造函数
63
64     /// <summary>
65     /// 默认构造
66     /// </summary>
67     public ConcurrentDictionary()
68     {
69         this._Dic = new Dictionary<TKey, TData>();
70         this._List = new List<TData>();
71         this._Lock = new object();
72     }
73
74     /// <summary>
75     /// 设置源数据获取器
76     /// </summary>
77     /// <param name="sourceDataGetter">单一源数据（GetOneDataByOneKey）获取器</param>
78     public ConcurrentDictionary(Func<TKey, TData> sourceDataGetter)
79     {
80         if (sourceDataGetter == null) throw new ArgumentNullException("sourceDataGetter");
81         this._SourceDataGetter = sourceDataGetter;
82         this._Dic = new Dictionary<TKey, TData>();
83         this._List = new List<TData>();
84         this._Lock = new object();
85     }
86
87     /// <summary>
88     /// 设置源数据获取器
89     /// </summary>
90     /// <param name="sourceAllDataGetter">所有源数据获取器</param>
91     public ConcurrentDictionary(Func<List<TData>> sourceAllDataGetter)
92     {
93         if (sourceAllDataGetter == null) throw new ArgumentNullException("sourceAllDataGetter");
94         this._SourceAllDataGetter = sourceAllDataGetter;
95         this._Dic = new Dictionary<TKey, TData>();
96         this._List = sourceAllDataGetter();
97         this._Lock = new object();
98     }
99
100     #endregion
101
102     #region 公共方法
103
104     /// <summary>
105     /// 获取缓存数据
106     /// <para>　如果缓存中不存在，则通过SourceGetter获取</para>
107     /// <para>　如果通过SourceGetter获取到null对象，则不添加到缓存</para>
108     /// </summary>
109     /// <param name="key">键名</param>
110     /// <param name="value">键值</param>
111     /// <returns>返回是否获取成功</returns>
112     public bool Get(TKey key, out  TData value)
113     {
114         if (_Dic.TryGetValue(key, out value)) return true;
115         else
116         {
117             lock (_Lock)
118             {
119                 if (_Dic.TryGetValue(key, out value)) return true;
120                 if (_SourceDataGetter == null) return false;
121                 TData tempData = _SourceDataGetter(key);
122                 if (tempData != null)
123                 {
124                     _Dic.Add(key, tempData);
125                     _List.Add(tempData);
126                     value = tempData;
127                     return true;
128                 }
129                 return false;
130             }
131         }
132     }
133
134     /// <summary>
135     /// 设置缓存数据
136     /// </summary>
137     /// <param name="key">键名</param>
138     /// <param name="value">键值</param>
139     /// <returns>返回是否设置成功，如果键值已存在，则返回false</returns>
140     public bool Add(TKey key, TData value)
141     {
142         if (_Dic.ContainsKey(key)) return false;
143         else
144         {
145             lock (_Lock)
146             {
147                 if (_Dic.ContainsKey(key)) return false;
148                 else
149                 {
150                     _Dic.Add(key, value);
151                     if (!this._List.Contains(value)) this._List.Add(value);
152                     return true;
153                 }
154             }
155         }
156     }
157
158     /// <summary>
159     /// 设置缓存数据
160     /// </summary>
161     /// <param name="key">键名</param>
162     /// <param name="value">键值</param>
163     /// <returns>返回是否设置成功，如果键值已存在，则覆盖</returns>
164     public bool Set(TKey key, TData value)
165     {
166         if (_Dic.ContainsKey(key))
167         {
168             lock (this._Lock)
169             {
170                 //移除老数据
171                 TData oldData = _Dic[key];
172                 _List.Remove(oldData);
173                 //增加新数据
174                 _Dic[key] = value;
175                 _List.Add(value);
176                 return true;
177             }
178         }
179         else
180         {
181             lock (_Lock)
182             {
183                 if (_Dic.ContainsKey(key))
184                 {
185                     //移除老数据
186                     TData oldData = _Dic[key];
187                     _List.Remove(oldData);
188                     //增加新数据
189                     _Dic[key] = value;
190                     _List.Add(value);
191                     return true;
192                 }
193                 else
194                 {
195                     _Dic.Add(key, value);
196                     if (!this._List.Contains(value)) this._List.Add(value);
197                     return true;
198                 }
199             }
200         }
201     }
202
203     /// <summary>
204     /// 通过SourceDataGetter重新加载指定key的值
205     /// </summary>
206     /// <param name="key">键值</param>
207     /// <returns></returns>
208     public bool Reload(TKey key)
209     {
210         if (_SourceDataGetter == null) return false;
211         TData tempData = _SourceDataGetter(key);
212         return this.Set(key, tempData);
213     }
214
215     /// <summary>
216     /// 通过SourceAllDataGetter重新加载所有缓存对象
217     /// </summary>
218     /// <returns></returns>
219     public bool ReloadAll()
220     {
221         if (_SourceAllDataGetter == null) return false;
222         lock (this._Lock)
223         {
224             this._List = _SourceAllDataGetter();
225         }
226         return true;
227     }
228
229     /// <summary>
230     /// 移除键/值
231     /// </summary>
232     /// <param name="key">键名</param>
233     /// <returns>返回是否移除成功，如果不存在，则返回false</returns>
234     public bool Remove(TKey key)
235     {
236         TData tempData;
237         if (this._Dic.TryGetValue(key, out tempData))
238         {
239             lock (_Lock)
240             {
241                 _Dic.Remove(key);
242                 _List.Remove(tempData);
243                 return true;
244             }
245         }
246         return false;
247     }
248
249     /// <summary>
250     /// 清空缓存
251     /// </summary>
252     public void Clear()
253     {
254         lock (_Lock)
255         {
256             _Dic.Clear();
257             _List.Clear();
258         }
259     }
260
261     #endregion

262 }

代码中的注释写的相对比较详细了，所以怎么用这里就不作任何多余的解释了，如果只是上面这个类的话，还不足以满足上面列出的Dictionary的缺点的第一点，所以笔者另外写了一个缓存管理类，如下：

1 public static class CacheManager
  2 {
  3     #region 私有字段
  4
  5     /// <summary>
  6     /// 缓存器
  7     /// </summary>
  8     static Dictionary<int, object> _Dic;
  9
10     #endregion
11
12     #region 私有方法
13
14     static CacheManager()
15     {
16         _Dic = new Dictionary<int, object>();
17     }
18     /// <summary>
19     /// 获取下一个缓存键名
20     /// </summary>
21     /// <returns></returns>
22     private static int _GetNextKey()
23     {
24         int key = Common.Random.Next(1, 1000000);
25         while (_Dic.ContainsKey(key))
26         {
27             key = new Random().Next(1, 1000000);
28         }
29         return key;
30     }
31     /// <summary>
32     /// 注册字典
33     /// </summary>
34     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
35     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
36     /// <param name="dic">缓存</param>
37     /// <returns>缓存类别键名</returns>
38     private static int _Register<TKey, TData>(ConcurrentDictionary<TKey, TData> dic)
39     {
40         int key = _GetNextKey();
41         _Dic.Add(key, dic);
42         return key;
43     }
44
45     #endregion
46
47     #region 公共方法
48
49     /// <summary>
50     /// 注册缓存，并返回缓存键值
51     /// </summary>
52     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
53     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
54     /// <returns>缓存类别键名</returns>
55     public static int Register<TKey, TData>()
56     {
57         return _Register(new ConcurrentDictionary<TKey, TData>());
58     }
59
60     /// <summary>
61     /// 注册缓存，并返回缓存键值
62     /// </summary>
63     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
64     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
65     /// <param name="sourceDataGetter">单一源数据（GetOneDataByOneKey）获取器</param>
66     /// <returns>缓存类别键名</returns>
67     public static int Register<TKey, TData>(Func<TKey, TData> sourceDataGetter)
68     {
69         return _Register(new ConcurrentDictionary<TKey, TData>(sourceDataGetter));
70     }
71
72     /// <summary>
73     /// 注册缓存，并返回缓存键值
74     /// </summary>
75     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
76     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
77     /// <param name="sourceAllDataGetter">所有源数据获取器</param>
78     /// <returns>缓存类别键名</returns>
79     public static int Register<TKey, TData>(Func<List<TData>> sourceAllDataGetter)
80     {
81         return _Register(new ConcurrentDictionary<TKey, TData>(sourceAllDataGetter));
82     }
83
84     /// <summary>
85     /// 获取缓存数据
86     /// <para>　如果缓存中不存在，则通过SourceGetter获取</para>
87     /// <para>　如果通过SourceGetter获取到null对象，则不添加到缓存</para>
88     /// </summary>
89     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
90     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
91     /// <param name="cacheTypeKey">缓存类别键名</param>
92     /// <param name="key">键名</param>
93     /// <param name="value">键值</param>
94     /// <returns>返回是否获取成功</returns>
95     public static bool Get<TKey, TData>(int cacheTypeKey, TKey key, out  TData value)
96     {
97         object obj;
98         if (_Dic.TryGetValue(cacheTypeKey, out obj))
99         {
100             ConcurrentDictionary<TKey, TData> dic = obj as ConcurrentDictionary<TKey, TData>;
101             return dic.Get(key, out value);
102         }
103         value = default(TData);
104         return false;
105     }
106
107     /// <summary>
108     /// 设置缓存数据
109     /// </summary>
110     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
111     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
112     /// <param name="cacheTypeKey">缓存类别键名</param>
113     /// <param name="key">键名</param>
114     /// <param name="value">键值</param>
115     /// <returns>返回是否设置成功，如果键值已存在，则返回false</returns>
116     public static bool Add<TKey, TData>(int cacheTypeKey, TKey key, TData value)
117     {
118         object obj;
119         if (_Dic.TryGetValue(cacheTypeKey, out obj))
120         {
121             ConcurrentDictionary<TKey, TData> dic = obj as ConcurrentDictionary<TKey, TData>;
122             return dic.Add(key, value);
123         }
124         return false;
125     }
126
127     /// <summary>
128     /// 设置缓存数据
129     /// </summary>
130     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
131     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
132     /// <param name="cacheTypeKey">缓存类别键名</param>
133     /// <param name="key">键名</param>
134     /// <param name="value">键值</param>
135     /// <returns>返回是否设置成功，如果键值已存在，则覆盖</returns>
136     public static bool Set<TKey, TData>(int cacheTypeKey, TKey key, TData value)
137     {
138         object obj;
139         if (_Dic.TryGetValue(cacheTypeKey, out obj))
140         {
141             ConcurrentDictionary<TKey, TData> dic = obj as ConcurrentDictionary<TKey, TData>;
142             return dic.Set(key, value);
143         }
144         return false;
145     }
146
147     /// <summary>
148     /// 通过SourceDataGetter重新加载指定key的值
149     /// </summary>
150     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
151     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
152     /// <param name="cacheTypeKey">缓存类别键名</param>
153     /// <param name="key">键值</param>
154     /// <returns></returns>
155     public static bool Reload<TKey, TData>(int cacheTypeKey, TKey key)
156     {
157         object obj;
158         if (_Dic.TryGetValue(cacheTypeKey, out obj))
159         {
160             ConcurrentDictionary<TKey, TData> dic = obj as ConcurrentDictionary<TKey, TData>;
161             return dic.Reload(key);
162         }
163         return false;
164     }
165
166     /// <summary>
167     /// 通过SourceAllDataGetter重新加载指定类型缓存的所有缓存对象
168     /// </summary>
169     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
170     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
171     /// <param name="cacheTypeKey">缓存类别键名</param>
172     /// <returns></returns>
173     public static bool Reload<TKey, TData>(int cacheTypeKey)
174     {
175         object obj;
176         if (_Dic.TryGetValue(cacheTypeKey, out obj))
177         {
178             ConcurrentDictionary<TKey, TData> dic = obj as ConcurrentDictionary<TKey, TData>;
179             return dic.ReloadAll();
180         }
181         return false;
182     }
183
184     /// <summary>
185     /// 移除键/值
186     /// </summary>
187     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
188     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
189     /// <param name="cacheTypeKey">缓存类别键名</param>
190     /// <param name="key">键名</param>
191     /// <returns>返回是否移除成功，如果不存在，则返回false</returns>
192     public static bool Remove<TKey, TData>(int cacheTypeKey, TKey key)
193     {
194         object obj;
195         if (_Dic.TryGetValue(cacheTypeKey, out obj))
196         {
197             ConcurrentDictionary<TKey, TData> dic = obj as ConcurrentDictionary<TKey, TData>;
198             return dic.Remove(key);
199         }
200         return false;
201     }
202
203     /// <summary>
204     /// 清空缓存
205     /// </summary>
206     /// <typeparam name="TKey">缓存键名类型</typeparam>
207     /// <typeparam name="TData">缓存键值类型</typeparam>
208     /// <param name="cacheTypeKey">缓存类别键名</param>
209     public static void Clear<TKey, TData>(int cacheTypeKey)
210     {
211         object obj;
212         if (_Dic.TryGetValue(cacheTypeKey, out obj))
213         {
214             ConcurrentDictionary<TKey, TData> dic = obj as ConcurrentDictionary<TKey, TData>;
215             dic.Clear();
216         }
217     }
218
219     /// <summary>
220     /// 清空所有缓存
221     /// </summary>
222     public static void ClearAll()
223     {
224         _Dic.Clear();
225     }
226
227     #endregion

228 }

以上两个类就是我的缓存管理的全部实现了，谢谢！

ASP.NET开发技术交流群： 67511751

另：本人想找一些志同道合的人，可以是跟我一起交流技术的，或者是给予鼓励和支持的，非诚勿扰，谢谢！

QQ：1054930154

posted on 2012-06-20 10:04 Juvy 阅读(4704) 评论(21) 编辑收藏举报

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