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.NET緩存框架CacheManager在混合式開發框架中的應用（1）-CacheManager的介紹和使用，cachemanager

編輯：C#入門知識

.NET緩存框架CacheManager在混合式開發框架中的應用（1）-CacheManager的介紹和使用，cachemanager

在我們開發的很多分布式項目裡面（如基於WCF服務、Web API服務方式），由於數據提供涉及到數據庫的相關操作，如果客戶端的並發數量超過一定的數量，那麼數據庫的請求處理則以爆發式增長，如果數據庫服務器無法快速處理這些並發請求，那麼將會增加客戶端的請求時間，嚴重者可能導致數據庫服務或者應用服務直接癱瘓。緩存方案就是為這個而誕生，隨著緩存的引入，可以把數據庫的IO耗時操作，轉換為內存數據的快速響應操作，或者把整個頁面緩存到緩存系統裡面。緩存框架在各個平台裡面都有很多的實現，基本上多數是采用分布式緩存Redis、Memcached來實現。本系列文章介紹在.NET平台中，使用開源緩存框架CacheManager來實現數據的緩存的整個過程，本篇主要介紹CacheManager的使用和相關的測試。

1、CacheManager的介紹

CacheManager是一個以C#語言開發的開源.Net緩存框架抽象層。它不是具體的緩存實現，但它支持多種緩存提供者（如Redis、Memcached等）並提供很多高級特性。
CacheManager 主要的目的使開發者更容易處理各種復雜的緩存場景，使用CacheManager可以實現多層的緩存，讓進程內緩存在分布式緩存之前，且僅需幾行代碼來處理。
CacheManager 不僅僅是一個接口去統一不同緩存提供者的編程模型，它使我們在一個項目裡面改變緩存策略變得非常容易，同時也提供更多的特性：如緩存同步、並發更新、序列號、事件處理、性能計算等等，開發人員可以在需要的時候選擇這些特性。

CacheManager的GitHub源碼地址為：https://github.com/MichaCo/CacheManager，如果需要具體的Demo及說明，可以訪問其官網：http://cachemanager.net/。

使用Nuget為項目添加CacheManager包引用。CacheManager包含了很多的Package. 其中CacheManager.Core是必須的，其它的針對不同緩存平台上有不同的對應Package，整個Nuget包包含下面幾個部分的內容。

CacheManager緩存框架支持Winform和Web等應用開發，以及支持多種流行的緩存實現，如MemoryCache、Redis、Memcached、Couchbase、System.Web.Caching等。

縱觀整個緩存框架，它的特定很明顯，在支持多種緩存實現外，本身主要是以內存緩存（進程內）為主，其他分布式緩存為輔的多層緩存架構方式，以達到快速命中和處理的機制，它們內部有相關的消息處理，使得即使是分布式緩存，也能夠及時實現並發同步的緩存處理。

在網上充斥著基於某種單獨緩存的實現和應用的趨勢下，這種更抽象一層，以及提供更高級特性的緩存框架，在提供了統一編程模型的基礎上，也實現了非常強大的兼容性，使得我一接觸到這個框架，就對它愛不釋手。

在GitHub上，緩存框架的前幾名，除了這個緩存框架外，也還有一些，不過從文檔的豐富程度等各方面來看，這個緩存框架還是非常值得擁有的。

CacheManager緩存框架在配置方面，支持代碼方式的配置、XML配置，以及JSON格式的配置處理，非常方便。

CacheManager緩存框架默認對緩存數據的序列化是采用二進制方式，同時也支持多種自定義序列化的方式，如基於JOSN.NET的JSON序列化或者自定義序列化方式。

CacheManager緩存框架可以對緩存記錄的增加、刪除、更新等相關事件進行記錄。

CacheManager緩存框架的緩存數據是強類型的，可以支持各種常規類型的處理，如Int、String、List類型等各種基礎類型，以及可序列號的各種對象及列表對象。

CacheManager緩存框架支持多層的緩存實現，內部良好的機制可以高效、及時的同步好各層緩存的數據。

CacheManager緩存框架支持對各種操作的日志記錄。

CacheManager緩存框架在分布式緩存實現中支持對更新的鎖定和事務處理，讓緩存保持更好的同步處理，內部機制實現版本沖突處理。

CacheManager緩存框架支持兩種緩存過期的處理，如絕對時間的過期處理，以及固定時段的過期處理，是我們處理緩存過期更加方便。

....

很多特性基本上覆蓋了緩存的常規特性，而且提供的接口基本上也是我們所經常用的Add、Put、Update、Remove等接口，使用起來也非常方便。

2、CacheManager緩存框架的應用

通過上面對CacheManager緩存框架的簡單了解，我們大概了解了它應用的一些功能，但是實際上我們如何使用它，我們需要做一些學習和了解，首先我們需要在整個應用框架裡面，知道緩存框架所扮演的角色。

一般來說，對於單機版本的應用場景，基本上是無需引入這種緩存框架的，因為客戶端的並發量很少，而且數據請求也是寥寥可數的，性能方便不會有任何問題。

如果對於分布式的應用系統，如我在很多隨筆中介紹到我的《混合式開發框架》、《Web開發框架》，由於數據請求是並發量隨著用戶增長而增長的，特別對於一些互聯網的應用系統，極端情況下某個時間點一下可能就會達到了整個應用並發的峰值。那麼這種分布式的系統架構，引入數據緩存來降低IO的並發數，把耗時請求轉換為內存的高速請求，可以極大程度的降低系統宕機的風險。

我們以基於常規的Web API層來構建應用框架為例，整個數據緩存層，應該是在Web API層之下、業務實現層之上的一個層，如下所示。

在這個數據緩存層裡面，我們引入了CacheManager緩存框架，實現分布式的緩存處理，使得我們的緩存數據能夠在Redis服務器上實現數據的處理，同時可以在系統重啟的時候，不至於丟失數據，能夠快速恢復緩存數據。

為了實現對這個CacheManager緩存框架的使用，我們需要先進行一個使用測試，以便了解它的各個方便情況，然後才能廣泛應用在我們的數據中間層上。

我們建立一個項目，並在引用的地方打開管理NuGet程序包，然後搜索到CacheManager的相關模塊應用，並加入到項目引用裡面，此為第一步工作。

我們創建一個客戶對象類，用來模擬數據的存儲和顯示的，如下代碼所示。

/// <summary>
/// 模擬數據存儲的客戶對象類
/// </summary>
public class Customer
{
    private static Customer m_Customer = null;
    private static ICacheManager<object> manager = null;

    //初始化列表值
    private static List<string> list = new List<string>() { "123", "456", "789" };

    /// <summary>
    /// 客戶對象的單件實例
    /// </summary>
    public static Customer Instance
    {
        get
        {
            if(m_Customer == null)
            {
                m_Customer = new Customer();
            }
            if (manager == null)
            {
                manager = CacheFactory.Build("getStartedCache", settings =>
                {
                    settings.WithSystemRuntimeCacheHandle("handleName");
                }); 
            }

            return m_Customer;
        }
    }

這個類先做了一個單例的實現，並初始化緩存Customer類對象，以及緩存管理類ICacheManager<object> manager，這個是我們後面用來操作緩存數據的主要引用對象。

我們編寫幾個函數，用來實現對數據的獲取，數據增加、數據刪除的相關操作，並在數據增加、刪除的時候，觸發緩存的更新，這樣我們下次獲取數據的時候，就是最新的數據了。

/// <summary>
/// 獲取所有客戶信息
/// </summary>
/// <returns></returns>
public List<string> GetAll()
{
    var value = manager.Get("GetAll") as List<string>;
    if(value == null)
    {
        value = list;//初始化並加入緩存
        manager.Add("GetAll", value);

        Debug.WriteLine("初始化並加入列表");
    }
    else
    {
        Debug.WriteLine("訪問緩存獲取:{0}", DateTime.Now);
    }
    return value;
}

/// <summary>
/// 插入新的記錄
/// </summary>
/// <param name="customer"></param>
/// <returns></returns>
public bool Insert(string customer)
{
    //先獲取全部記錄，然後加入記錄
    if (!list.Contains(customer))
    {
        list.Add(customer);
    }

    //重新設置緩存
    manager.Update("GetAll", v => list);
    return true;
}

/// <summary>
/// 刪除指定記錄
/// </summary>
/// <param name="customer"></param>
/// <returns></returns>
public bool Delete(string customer)
{
    if(list.Contains(customer))
    {
        list.Remove(customer);
    }
    manager.Update("GetAll", v=>list);
    return true;
}

我們編寫一個Winform程序來對這個緩存測試，以方便了解其中的機制。

我們在測試讀取的時候，也就是對GetAll進行處理，插入以及刪除主要就是為了測試緩存更新的處理。代碼如下所示。

private void btnTestSimple_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var list = Customer.Instance.GetAll();
    Debug.WriteLine("客戶端獲取記錄數：{0}", list != null ? list.Count : 0);
}

private void btnInsert_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var name = "abc";
    Customer.Instance.Insert(name);
    Debug.WriteLine(string.Format("插入記錄：{0}", name));
}

private void btnDelete_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var name = "abc";
    Customer.Instance.Delete(name);
    Debug.WriteLine(string.Format("刪除記錄：{0}", name));
}

我們跟蹤記錄，可以看到下面的日志信息。

我們可以看到，其中第一次是緩存沒有的情況下進行初始化，初始化的記錄數量為3個，然後插入記錄後，再次獲取數據的時候，緩存更新後的數量就變為4個了。

我們前面介紹了插入記錄的後台代碼，它同時進行了緩存數據的更新了。

/// <summary>
/// 插入新的記錄
/// </summary>
/// <param name="customer"></param>
/// <returns></returns>
public bool Insert(string customer)
{
    //先獲取全部記錄，然後加入記錄
    if (!list.Contains(customer))
    {
        list.Add(customer);
    }

    //重新設置緩存
    manager.Update("GetAll", v => list);
    return true;
}

我們前面介紹的緩存初始化配置的時候，默認是使用內存緩存的，並沒有使用分布式緩存的配置，它的初始化代碼如下：

manager = CacheFactory.Build("getStartedCache", settings =>
{
    settings.WithSystemRuntimeCacheHandle("handleName");
});

我們在正常情況下，還是需要使用這個強大的分布式緩存的，例如我們可以使用Redis的緩存處理，關於Redis的安裝和使用，請參考我的隨筆《基於C#的MongoDB數據庫開發應用（4）--Redis的安裝及使用》。

引入分布式的Redis緩存實現，我們的配置代碼只需要做一定的改變即可，如下所示。

manager = CacheFactory.Build("getStartedCache", settings =>
{
    settings.WithSystemRuntimeCacheHandle("handleName")

    .And
    .WithRedisConfiguration("redis", config =>
    {
        config.WithAllowAdmin()
            .WithDatabase(0)
            .WithEndpoint("localhost", 6379);
    })
    .WithMaxRetries(100)
    .WithRetryTimeout(50)
    .WithRedisBackplane("redis")
    .WithRedisCacheHandle("redis", true)
    ;
});

其他的使用沒有任何變化，我們同時增加一些測試數據方便我們查閱對應的緩存數據。

/// <summary>
/// 測試加入幾個不同的數據
/// </summary>
/// <returns></returns>
public void TestCache()
{
    manager.Put("string", "abcdefg");
    manager.Put("int", 2016);
    manager.Put("decimal", 2016.9M);
    manager.Put("date", DateTime.Now);
    manager.Put("object", new UserInfo { ID = "123", Name = "Test", Age = 35 });
}

private void btnTestSimple_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var list = Customer.Instance.GetAll();
    Debug.WriteLine("客戶端獲取記錄數：{0}", list != null ? list.Count : 0);

    //測試加入一些值
    Customer.Instance.TestCache();
}

我們其中測試，一切和原來沒有什麼差異，程序的記錄信息正常。

但是我們配置使用了Redis的緩存處理，因此可以使用“Redis Desktop Manager”軟件來查看對應的緩存數據的，打開軟件我們可以看到對應的緩存記錄如下所示。

從上圖我們可以查看到，我們添加的所有緩存鍵值都可以通過這個Redis的客戶來進行查看，因為我們緩存裡面有基於Redis緩存的實現，同理如果我們配置其他的緩存實現，如MemCache等，那麼也可以在對應的管理界面上查看到。

我們完成這些處理後，可以發現緩存數據是可以實現多層緩存的，最為高效的就是內存緩存（也是它的主緩存），它會自動協同好各個分布式緩存的數據版本沖突問題。

引入如Redis的分布式緩存有一個好處，就是我們的數據可以在程序重新啟動的時候，如果沒有在內存緩存裡面找到（沒有擊中目標），那麼會尋找分布式緩存並進行加載，從而即使程序重啟，我們之前的緩存數據依舊保存完好。

以上就是我基於對緩存框架的整體了解和其角色扮演做的相關介紹，以及介紹CacheManager的使用和一些場景的說明，通過上面簡單案例的研究，我們可以逐步引入到更具實際價值的Web API 框架層面上進行使用，以期把緩存框架發揮其真正強大的價值，同時也為我們各種不同的緩存需要進行更高層次的探索，希望大家繼續支持。