ASP.NET Core 内存缓存实战：一篇搞懂该怎么配、怎么避坑

引言

这篇文章我们来聊一聊 asp.net core 的内存缓存。asp.net core 内存缓存（IMemoryCache）是一个轻量级的缓存方案，适用于单实例应用或者分布式环境中的本地缓存。它提供了简单的 API 来存储和检索数据，同时支持过期策略、优先级设置等功能。

什么是缓存

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。

希望这篇文章能帮助你更好地理解和使用 asp.net core 内存缓存。