System.Runtime.Caching庫是.NET 4.0引入的緩存庫，用于提高應用程序性能。它提供了一組API，用于在內存中存儲、檢索和管理緩存對象，并包括一些高級功能，如回調和過期策略等。在.NET 7.0中，System.Runtime.Caching庫進行了進一步改進和優化，可用于實現不同級別的緩存管理。下面我們對其進行詳細介紹和分類。
以下是System.Runtime.Caching庫按照不同的功能和用途進行分類，并附有源代碼剖析：
System.Runtime.Caching庫的適用場景
System.Runtime.Caching庫適用于需要在應用程序中實現內存緩存的場景。以下是一些常見的使用場景：
- 數據庫查詢結果的緩存：在數據庫查詢時，如果查詢結果重復使用的概率較高，可以使用MemoryCache類將結果緩存到內存中，減少對數據庫的訪問次數，提高性能。
- 頻繁讀取的配置信息：在應用程序中，一些配置信息需要頻繁讀取，這些配置信息可以通過MemoryCache類緩存起來，提高應用程序的響應速度。
- 網絡請求響應的緩存：在網絡請求中，如果某個請求的響應結果較為穩定，可以使用MemoryCache類將響應結果緩存到內存中，提高響應速度和吞吐量。
- 預先加載靜態資源：在Web應用程序中，某些靜態資源（如css、JS等）需要在應用程序啟動時預先加載，這些資源可以使用MemoryCache類進行緩存，提高頁面渲染速度。
- 業務邏輯計算結果的緩存：在某些業務邏輯中，需要頻繁進行計算，如果計算結果穩定，可以使用MemoryCache類緩存計算結果，提高計算速度。
System.Runtime.Caching庫的優缺點
System.Runtime.Caching是Microsoft提供的內存緩存方案，封裝了一組用于管理緩存的API。它使用MemoryCache類來實現內存緩存，可以用于單個應用程序域或分布式系統中。以下是System.Runtime.Caching的優缺點：
優點：
- 高性能：System.Runtime.Caching使用內存緩存，相比于其他持久化緩存方案，具有更高的讀寫速度和更低的響應延遲。
- 簡單易用：System.Runtime.Caching提供了易于使用的API，可以方便地創建、訪問和管理內存緩存，適用于各種.NET應用程序。
- 可擴展性：System.Runtime.Caching支持多種緩存項過期策略、緩存項優先級和回收策略，可以根據特定需求進行自定義。
- 高可靠性：System.Runtime.Caching支持緩存項壓縮、內存監視和回收機制等功能，可以有效提高緩存的可靠性和穩定性。
缺點：
- 有容量上限：System.Runtime.Caching使用內存緩存，所以緩存的容量受到硬件資源的限制。對于大型的數據集合，需要考慮使用其他緩存方式或增加硬件資源。
- 無法持久化：System.Runtime.Caching只是一個內存緩存方案，不支持將緩存項持久化到磁盤或其他介質中。如果需要實現持久化緩存，需要使用其他緩存方案。
- 可能存在并發訪問問題：System.Runtime.Caching默認情況下是線程安全的，但是在高并發環境下，仍然可能存在競爭條件和死鎖等問題。需要注意并發訪問限制和異常處理。
System.Runtime.Caching庫API介紹
System.Runtime.Caching提供了一組用于管理緩存的API，主要包括以下類型：
- MemoryCache類：實現了一個內存緩存，可以用于單個應用程序域或分布式系統中。MemoryCache支持多種緩存項過期策略、緩存項優先級和回收策略，可以根據具體需求進行自定義。常用方法包括Add、Get、Set和Remove等。
- CacheItem類：表示緩存中的一個項。CacheItem包含緩存鍵、緩存值和緩存過期策略等屬性，可以通過構造函數創建緩存項，也可以通過MemoryCache類的方法管理緩存項。
- CacheItemPolicy類：表示一個緩存項的過期策略。CacheItemPolicy包含過期時間、優先級、回收處理和緩存移除回調等屬性，可以通過構造函數創建緩存項策略，并設置給MemoryCache或CacheItem對象。
- CacheEntryRemovedArguments類：表示緩存項移除時的參數。CacheEntryRemovedArguments包含了緩存項的鍵、值、移除原因和移除通知等屬性，可以在緩存項移除時進行處理。
- CacheEntryUpdateArguments類：表示緩存項更新時的參數。CacheEntryUpdateArguments包含了舊的緩存項的鍵、值和更新通知等屬性，可以在緩存項更新時進行處理。
- CacheEntryChangeMonitor類：表示一個監視緩存項變化的對象。CacheEntryChangeMonitor支持多種變化監視器，例如文件監視器、鍵依賴監視器和SqlDependency監視器等。
MemoryCache類
MemoryCache類是System.Runtime.Caching庫中的核心類，它表示一個內存中的緩存集合。MemoryCache類是一個線程安全的、可擴展的、基于鍵值對的緩存系統。MemoryCache類提供了以下一些方法：
- Add(string key, object value, CacheItemPolicy policy)：向緩存中添加一個具有指定鍵和值的緩存項，并使用指定的策略對象指定該緩存項的過期和依賴項信息。
- ContAIns(string key)：返回一個值，指示指定鍵是否存在于緩存中。
- Get(string key)：獲取指定鍵的緩存項。
- Remove(string key)：從緩存中移除指定鍵的緩存項。
- GetCount()：獲取當前緩存中的項數。
- Dispose()：釋放MemoryCache對象占用的資源。
源代碼剖析：
[DefaultMember("Item")]
public class MemoryCache : ObjectCache, IEnumerable, IDisposable
{
public MemoryCache(string name, NameValueCollection config = null);
public MemoryCache(string name, NameValueCollection config, bool ignoreConfigSection);
public override object this[string key] { get; set; }
public static MemoryCache Default { get; }
public long PhysicalMemoryLimit { get; }
public override string Name { get; }
public long CacheMemoryLimit { get; }
public TimeSpan PollingInterval { get; }
public override DefaultCacheCapabilities DefaultCacheCapabilities { get; }
// 添加緩存項
public override bool Add(CacheItem item, CacheItemPolicy policy);
public override object AddOrGetExisting(string key, object value, DateTimeOffset absoluteExpiration, string regionName = null);
public override CacheItem AddOrGetExisting(CacheItem item, CacheItemPolicy policy);
public override object AddOrGetExisting(string key, object value, CacheItemPolicy policy, string regionName = null);
public override bool Contains(string key, string regionName = null);
public override CacheEntryChangeMonitor CreateCacheEntryChangeMonitor(IEnumerable<string> keys, string regionName = null);
public void Dispose();
// 獲取緩存項
public override object Get(string key, string regionName = null);
public override CacheItem GetCacheItem(string key, string regionName = null);
public override long GetCount(string regionName = null);
public long GetLastSize(string regionName = null);
public override IDictionary<string, object> GetValues(IEnumerable<string> keys, string regionName = null);
public override object Remove(string key, string regionName = null);
// 移除緩存項
public object Remove(string key, CacheEntryRemovedReason reason, string regionName = null);
public override void Set(string key, object value, CacheItemPolicy policy, string regionName = null);
public override void Set(CacheItem item, CacheItemPolicy policy);
public override void Set(string key, object value, DateTimeOffset absoluteExpiration, string regionName = null);
public long Trim(int percent);
// 遍歷緩存
protected override IEnumerator<KeyValuePair<string, object>> GetEnumerator();
}
CacheItem和CacheItemPolicy類
CacheItem表示一個緩存項，包括鍵、值、過期時間等屬性。CacheItemPolicy則表示一個策略對象，用于指定緩存項的一些屬性，如過期時間、回收策略、依賴項等。
源代碼剖析：
public class CacheItem
{
public CacheItem(string key);
public CacheItem(string key, object value);
public CacheItem(string key, object value, string regionName);
public string Key { get; set; }
public object Value { get; set; }
public string RegionName { get; set; }
}
public class CacheItemPolicy
{
public CacheItemPolicy();
public DateTimeOffset AbsoluteExpiration { get; set; }
public Collection<ChangeMonitor> ChangeMonitors { get; }
public CacheItemPriority Priority { get; set; }
public CacheEntryRemovedCallback RemovedCallback { get; set; }
public TimeSpan SlidingExpiration { get; set; }
public CacheEntryUpdateCallback UpdateCallback { get; set; }
}
CacheEntryChangeMonitor類
CacheEntryChangeMonitor類提供了監視緩存項更改的功能，以便在發生更改時執行回調函數或其他操作。
源代碼剖析：
public abstract class CacheEntryChangeMonitor : ChangeMonitor
{
protected CacheEntryChangeMonitor();
public abstract ReadOnlyCollection<string> CacheKeys { get; }
public abstract DateTimeOffset LastModified { get; }
public abstract string RegionName { get; }
}
緩存對象的管理方式
過期策略
過期策略用于確定何時從緩存中刪除對象，以防止緩存過多的對象導致內存泄漏或性能降低。System.Runtime.Caching庫中提供了三種基本的過期策略：絕對時間、相對時間和空閑時間。可以通過CacheItemPolicy類中的AbsoluteExpiration、SlidingExpiration屬性指定緩存項的過期策略。
源代碼剖析：
public class CacheItemPolicy
{
// 設置過期時間（絕對時間）
public DateTimeOffset? AbsoluteExpiration { get; set; }
// 設置過期時間（相對時間）
public TimeSpan? SlidingExpiration { get; set; }
}
依賴關系
依賴關系用于使緩存項具有基于文件、目錄、鍵或其他對象的依賴關系。當這些依賴項更改時，緩存中的項將自動無效。在System.Runtime.Caching庫中，可以通過以下類實現依賴關系的管理：
- CacheDependency類：表示一個基于文件或目錄的依賴項。
- ChangeMonitor類：表示一個監視緩存項的變化的類，包括CacheDependency、FileChangeMonitor、SqlChangeMonitor等。
源代碼剖析：
public class CacheDependency : IDisposable
{
public CacheDependency(string filename);
public CacheDependency(string[] filenames);
public virtual string GetUniqueID();
public virtual void NotifyDependencyChanged(object sender, EventArgs e);
}
public abstract class ChangeMonitor : IDisposable
{
// 標識緩存項是否已過期
public virtual bool HasChanged { get; }
}
回調函數
回調函數用于在緩存項過期或被刪除時執行指定的回調函數。在System.Runtime.Caching庫中，可以通過CacheItemPolicy類中的RemovedCallback屬性指定當緩存項過期或被刪除時要執行的回調函數。
源代碼剖析：
public class CacheItemPolicy
{
// 設置緩存項被刪除時的回調函數
public int RemovedCallback { get; set; }
}
高級功能
緩存統計信息
緩存統計信息提供了緩存對象的統計數據，如當前緩存項數目、命中率等。在System.Runtime.Caching庫中，可以通過MemoryCacheStatistics類獲取緩存統計信息。
源代碼剖析：
public sealed class MemoryCacheStatistics
{
public int Count { get; }
public long Hits { get; }
public double HitRatio { get; }
public long Misses { get; }
public double MissRatio { get; }
}
高級回收策略
高級回收策略提供了自定義的回收策略，以更精細地控制緩存對象的生命周期。在System.Runtime.Caching庫中，可以通過以下類實現高級回收策略的管理：
- ICachePolicyManager接口：表示一個可自定義的緩存策略管理器。
- CacheMemoryPressureMonitor類：表示一個監視系統內存壓力的對象。
- BackgroundMemoryMonitor類：表示一個后臺線程，用于檢測系統內存壓力并根據指定的緩存策略來刪除緩存項。
源代碼剖析：
public interface ICachePolicyManager
{
CacheItemPolicy GetItemPolicy(string key, object value);
}
public sealed class CacheMemoryPressureMonitor : IDisposable
{
// 監視系統內存壓力，并設置相應的緩存策略
}
public sealed class BackgroundMemoryMonitor : IDisposable
{
public BackgroundMemoryMonitor(ICachePolicyManager policyManager);
// 監視系統內存壓力，并根據緩存策略來刪除緩存項
}
緩存區域
緩存區域允許將緩存項分配到不同的區域，以便更好地管理和組織緩存項。在System.Runtime.Caching庫中，可以通過CacheArea類實現緩存區域的管理。
源代碼剖析：
public class CacheArea : IDisposable
{
public CacheArea(string name);
public string Name { get; }
public void Dispose();
public object Get(string key);
public bool Contains(string key);
public void Add(string key, object value, CacheItemPolicy policy);
public void Remove(string key);
}
完整的示例代碼
以下是一個使用System.Runtime.Caching命名空間的示例代碼，展示了如何使用MemoryCache類來創建緩存并添加、獲取和刪除緩存項：
using System;
using System.Runtime.Caching;
namespace MemoryCacheDemo
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創建一個內存緩存對象
MemoryCache cache = MemoryCache.Default;
// 添加一個緩存項
cache.Add("key1", "value1", DateTimeOffset.UtcNow.AddMinutes(30));
// 獲取緩存項的值
Object value = cache.Get("key1");
if (value != null)
{
Console.WriteLine("獲取緩存項：{0}", value);
}
// 刪除緩存項
cache.Remove("key1");
// 再次嘗試獲取已被刪除的緩存項
value = cache.Get("key1");
if (value == null)
{
Console.WriteLine("獲取失敗，緩存項已被刪除");
}
// 設置緩存項的屬性
CacheItemPolicy policy = new CacheItemPolicy();
policy.AbsoluteExpiration = DateTimeOffset.UtcNow.AddMinutes(30);
cache.Set("key2", "value2", policy);
Console.ReadKey();
}
}
}
在這個例子中，我們首先使用MemoryCache.Default靜態屬性來獲取默認的內存緩存對象。然后，我們使用Add方法向緩存中添加一個項，Get方法從緩存中獲取一個項，Remove方法從緩存中刪除一個項，以及Set方法設置緩存項的屬性。注意，我們使用CacheItemPolicy類來指定緩存項的過期時間和其他選項。
以上是System.Runtime.Caching庫按照不同的功能和用途進行分類，并提供相應的源代碼剖析。根據實際需求，可以選擇適當的API和功能進行組合使用，以達到最佳的性能和效果。
