当前位置：首页 > news >正文

【ASP.NET Core】内存缓存（MemoryCache）原理、应用及常见问题解析

news 2025/7/15 12:07:16

系列文章目录

链接: 【ASP.NET Core】REST与RESTful详解，从理论到实现
链接: 【ASP.NET Core】深入理解Controller的工作机制

文章目录

系列文章目录
前言
一、ASP.NET Core中的内存缓存——MemoryCache
- 1.1 内存缓存的结构
- 1.2 MemoryCache的注册
- 1.3 MemoryCache的配置项
- - 1.3.1 缓存时间的过期策略
  - 1.3.2 缓存的优先级
- 1.4 MemoryCache的基本操作与扩展
二、内存缓存中碰到的各类问题
- 2.1 缓存穿透
- 2.2 缓存击穿
- 2.3 缓存雪崩
- 2.4 缓存键重复
总结

前言

不知道大家在发现执行SQL查询时，相同的查询再次执行所消耗的时间远少于第一次。这是因为数据库维护一套用于缓存SQL语句解析和优化后的执行计划的机制，避免对重复SQL语句进行重复的解析生成抽象语法树、语义检查、优化等耗时操作。
还有就是在浏览器打开网页的时候，通过网络监视窗，我们也能发现很多请求来自于【memory cache】，字面意义上的一种缓存。也是通过缓存来降低HTTP请求。

这就是缓存的魔力，在系统中简单又有效的工具，投入小但收效甚大。本文将聚焦于ASP.NET Core中的内存缓存，讨论它如何在我们的程序中起到提升应用性能的作用。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、ASP.NET Core中的内存缓存——MemoryCache

1.1 内存缓存的结构

在ASP.NET Core中，内存缓存（MemoryCache）一种将数据存储在应用程序进程内存中的机制，其中数据是以一种键值对的形式存储。

1.2 MemoryCache的注册

在ASP.NET Core中，我们一般采用Program文件里注册服务，在程序里通过依赖注入的方式使用MemoryCache。AddMemoryCache是一个MemoryCacheServiceCollectionExtensions下的静态扩展方法里是将MemoryCache以单例模式注册到IOC容器里，并且通过AddOptions添加选项模式的依赖，支持配置的动态更新和验证。
Program.cs 注册

builder.Services.AddMemoryCache();

MemoryCacheServiceCollectionExtensions扩展方法

public static IServiceCollection AddMemoryCache(this IServiceCollection services)
{ThrowHelper.ThrowIfNull(services);services.AddOptions();services.TryAdd(ServiceDescriptor.Singleton<IMemoryCache, MemoryCache>());return services;
}public static IServiceCollection AddOptions(this IServiceCollection services)
{System.ThrowHelper.ThrowIfNull(services, "services");services.TryAdd(ServiceDescriptor.Singleton(typeof(IOptions<>), typeof(UnnamedOptionsManager<>)));services.TryAdd(ServiceDescriptor.Scoped(typeof(IOptionsSnapshot<>), typeof(OptionsManager<>)));services.TryAdd(ServiceDescriptor.Singleton(typeof(IOptionsMonitor<>), typeof(OptionsMonitor<>)));services.TryAdd(ServiceDescriptor.Transient(typeof(IOptionsFactory<>), typeof(OptionsFactory<>)));services.TryAdd(ServiceDescriptor.Singleton(typeof(IOptionsMonitorCache<>), typeof(OptionsCache<>)));return services;
}

1.3 MemoryCache的配置项

1.3.1 缓存时间的过期策略

MemoryCache中的过期分两种，其一是绝对过期 (Absolute Expiration)，另一个是滑动过期 (Sliding Expiration)。

绝对过期：SetAbsoluteExpiration(DateTimeOffset/TimeSpan)
缓存项在指定确切时间点后失效。适用于数据在特定时间点后一定过期的场景。当使用 DateTimeOffset 时，缓存项在指定确切时间点后失效。使用 TimeSpan 时，缓存项在当前时间基础上加上指定的时间间隔后失效。
滑动过期：SetSlidingExpiration(TimeSpan)
缓存项在指定的时间间隔内没有被访问则失效。每次访问（读取）都会重置这个倒计时。适用于访问频繁的数据，如用户会话数据。但是需要保证过期永不失效的问题。

如果一个缓存项一直被频繁访问，那么这个缓存项就会一直被续期而不过期。可以对一个缓存项同时设定滑动过期时间和绝对过期时间，并且把绝对过期时间设定的比滑动过期时间长，这样缓存项的内容会在绝对过期时间内随着访问被滑动续期，但是一旦超过了绝对过期时间，缓存项就会被删除。这种就是绝对过期和滑动过期组合使用的方式。

1.3.2 缓存的优先级

缓存项的优先级（CacheItemPriority）是控制缓存清理策略的重要参数。当内存不足时，优先级较低的项会被优先回收，以腾出空间给更重要的数据。
通过CacheItemPriority枚举型定义四种类型的优先级Low，Normal（默认），High，NeverRemove（永不删除）
Controller里示例

[HttpGet("{id}")]
public async Task<ActionResult<Movie?>> Movies(int id)
{//_logger.LogInformation("1");_logger.LogDebug("开始获取数据");Movie? movie = await _memoryCache.GetOrCreateAsync($"Movie{id}", async (e) =>{e.SetPriority(CacheItemPriority.High);//缓存优先级高e.SetAbsoluteExpiration(TimeSpan.FromMinutes(10));//绝对过期时间-10分钟e.SetSlidingExpiration(TimeSpan.FromMinutes(5));//缓存滑动过期时间-5分钟//e.SetAbsoluteExpiration(TimeSpan.FromSeconds(Random.Shared.Next(1000)));return await _movieAssert.GetMovieAsync(id);});if (movie is null){return NotFound("没有数据");}return movie;
}

1.4 MemoryCache的基本操作与扩展

通过观察Microsoft.Extensions.Caching.Memory下的IMemoryCache接口。我们发现创建缓存实体（CreateEntry），获取缓存统计信息（GetCurrentStatistics），移除指定缓存（Remove），和视图获取指定缓存（TryGetValue）方法。
并且在Microsoft.Extensions.Caching.Memory命名空间下，还有一个CacheExtensions静态扩展方法，提供更加丰富的操作方法。比如

TryGetValue：试图获取某个key的TItem值，用out修饰。并且返回bool值。在该扩展方法中使用IMemoryCache的TryGetValue获取值。如果值为空附默认值并返回false，如果值存在并且类型匹配，给TItem赋值返回true。

public static bool TryGetValue<TItem>(this IMemoryCache cache, object key, out TItem? value)
{if (cache.TryGetValue(key, out object value2)){if (value2 == null){value = default(TItem);return true;}if (value2 is TItem val){value = val;return true;}}value = default(TItem);return false;
}

GetOrCreateAsync：该方法通过试图获取key对应的缓存值，如果缓存不存在则新建一个新的缓存。通过上文封装的静态方法TryGetValue判断缓存是否存在。如果不存在就通过IMemoryCache的CreateEntry创建缓存，并且调用委托执行工厂方法。最终返回缓存值，保证即使是不存在的数据也有一个对应的缓存，防止缓存穿透。

public static async Task<TItem?> GetOrCreateAsync<TItem>(this IMemoryCache cache, object key, Func<ICacheEntry, Task<TItem>> factory, MemoryCacheEntryOptions? createOptions)
{if (!cache.TryGetValue(key, out object value)){using ICacheEntry entry = cache.CreateEntry(key);if (createOptions != null){entry.SetOptions(createOptions);}value = (entry.Value = await factory(entry).ConfigureAwait(continueOnCapturedContext: false));}return (TItem)value;
}