MVC 实用架构设计（三）——EF-Code First（5）：二级缓存

2022-02-13 21:43:33

一、前言

　　今天我们来谈谈EF的缓存问题。

　　缓存对于一个系统来说至关重要，但是是EF到版本6了仍然没有见到有支持查询结果缓存机制的迹象。EF4开始会把查询语句编译成存储过程缓存在Sql Server中，据说EF6中对此做了改进，会把Linq To Entities 的查询条件直接编译缓存在EF中。但是这些都是只是对查询条件做了缓存，而不是缓存查询的结果集（DbSet.Find(object key)那个虽然走了DbSet.Local数据集，但也仅支持通过主键查找单个实体的情况，很有局限性），没有达到我们想要的效果。

　　EF不加缓存功能，可能也有另外的考虑吧，这里不去猜测。虽然EF团队没有在EF中加入缓存功能，但已经给出的缓存功能的扩展，这就是Community Entity Framework Provider Wrappers，这个扩展的工作原理由下图可以清晰的了解：

　　该扩展提供了跟踪SQL运行日志与SQJ结果集缓存的功能，这里，我们只用到它的缓存功能来为EF建立二级缓存的支持。

　　注意：据多位园友经验，此方案不适用于EF6，请使用EF6的朋友另辟蹊径。

二、缓存设计

(一) 引用EFProviderWrappers

　　如下图，在NuGet中只提供了Entity Framework Provider Wrapper Toolkit（基础类库）与Entity Framework Tracing Provider（日志跟踪）的下载，很遗憾的并没有提供 Entity Framework Caching Provider（缓存）。

　　我们只能自己动手来引用了，这里提供几种思路：

到 http://code.msdn.microsoft.com/EFProviderWrappers 下载代码，自行编译，然后在项目GMF.Component.Data项目中手动引用EFProviderWrapperToolkit.dll与EFCachingProvider.dll文件。
EFProviderWrapperToolkit由NuGet下载，EFCachingProvider手动引用。

　　我是觉得两种思路都挺麻烦的，这个扩展的代码貌似已经不更新了（3/18/2011），而且在GMF.Component.Data中额外的引用两个程序集也是个麻烦事，于是我用下面的方法来引用：

在GMF.Component.Data项目中新建两个文件夹，把以上源代码中的两个工程以文件夹的形式包含到项目中。

　　这样，似乎更干净利落，如图：

(二) 缓存代码分析及整合

　1. 关键代码简介

　　在EFCachingProvider中，我们要用到的核心类有三个：

ICache：缓存缓存基类，系统中实现了一个内存缓存类（InMemoryCache），适用于单台服务器的缓存实现，如果要实现分布式缓存，可以从这个基类进行扩展。
- InMemoryCache：内存缓存实现类，内部使用了一个Dictionary<string, CacheEntry>作为缓存容器，以查询的SQL语句及参数的连接字符串（或其MD5值）为键（EFCachingCommands.cs类中定义）。还包含了缓存命中、缓存项数量等数据的统计及缓存清理功能。
CachingPolicy：缓存策略基类，定义了当前实体是否可缓存（CanBeCached）、定义缓存缓存数（GetCacheableRows）、缓存项滑动过期与绝对过期时间（GetExpirationTimeout）等功能，并默认了绝对过期时间为永不过期（DateTime.MaxValue）。
- NoCachingPolicy：不缓存策略，禁用缓存功能。
- CacheAllPolicy：缓存所有数据策略，缓存项最大数量为int.MaxValue。
- CustomCachingPolicy：自定义缓存策略，使用了CacheableTables与NonCacheableTables两个集合来表示数据类型是否可缓存的白名单与黑名单，这两个名单将在重写的CanBeCached方法中作为类型是否可缓存的验证依据。
EFCachingConnection：此类定义了类型为ICache，CachingPolicy的两个属性，分别用于接收上面据说的两个扩展点。

　2. 应用缓存扩展

　　EF的DbContext上下文类有一个重载

public DbContext(DbConnection existingConnection, bool contextOwnsConnection) { }

　　需要的是DbConnection参数，而EFCachingConnection正好是派生自DbConnection的，我们只需要构建一个EFCachingConnection对象作为参数去构造DbContext派生类的对象，即可完成缓存功能的注入（如本篇第一张图所示）。这里，缓存专用的DbContext派生类只需要派生自原项目中定义的EFDbContext类。

 1 namespace GMF.Component.Data
 2 {
 3     /// <summary>
 4     ///     启用缓存的自定义EntityFramework数据访问上下文
 5     /// </summary>
 6     [Export("EFCaching", typeof (DbContext))]
 7     public class EFCachingDbContext : EFDbContext
 8     {
 9         private static readonly InMemoryCache InMemoryCache = new InMemoryCache();
10 
11         public EFCachingDbContext()
12             : base(CreateConnectionWrapper("default")) { }
13 
14         public EFCachingDbContext(string connectionStringName)
15             : base(CreateConnectionWrapper(connectionStringName)) { }
16 
17         /// <summary>
18         ///     由数据库连接串名称创建连接对象
19         /// </summary>
20         /// <param name="connectionStringName">数据库连接串名称</param>
21         /// <returns></returns>
22         private static DbConnection CreateConnectionWrapper(string connectionStringName)
23         {
24             PublicHelper.CheckArgument(connectionStringName, "connectionStringName");
25 
26             string providerInvariantName = "System.Data.SqlClient";
27             string connectionString = null;
28             ConnectionStringSettings connectionStringSetting = ConfigurationManager.ConnectionStrings[connectionStringName];
29             if (connectionStringSetting != null)
30             {
31                 providerInvariantName = connectionStringSetting.ProviderName;
32                 connectionString = connectionStringSetting.ConnectionString;
33             }
34             if (connectionString == null)
35             {
36                 throw PublicHelper.ThrowComponentException("名称为“" + connectionStringName + "”数据库连接串的ConnectionString值为空。");
37             }
38             string wrappedConnectionString = "wrappedProvider=" + providerInvariantName + ";" + connectionString;
39             EFCachingConnection connection = new EFCachingConnection
40             {
41                 ConnectionString = wrappedConnectionString,
42                 CachingPolicy = CachingPolicy.CacheAll,
43                 Cache = InMemoryCache
44             };
45 
46             return connection;
47         }
48     }
49 }

　　这里缓存策略使用了缓存所有数据（CacheAllPolicy）的策略，在实际项目中，最好自定义缓存策略，而不要使用这个策略，以免服务器内存被撑爆。

　　我们在应用程序配置（Web.Config或App.Config）中，添加一个名为“EntityFrameworkCachingEnabled”的AppSettings节点，用来进行启用/禁用缓存的开关配置。

  <appSettings>
   ...
    <add key="EntityFrameworkCachingEnabled" value="true" />
   ...
  </appSettings>

　　另外，缓存扩展还需要我们在配置文件中添加如下节点的配置：

1   <system.data>
2     <DbProviderFactories>
3       <add name="EF Caching Data Provider" invariant="EFCachingProvider" description="Caching Provider Wrapper" type="EFCachingProvider.EFCachingProviderFactory, GMF.Component.Data" />
4       <add name="EF Generic Provider Wrapper" invariant="EFProviderWrapper" description="Generic Provider Wrapper" type="EFProviderWrapperToolkit.EFProviderWrapperFactory, GMF.Component.Data" />
5     </DbProviderFactories>
6   </system.data>

　　再来看看，怎样使用“EntityFrameworkCachingEnabled”配置来控制缓存功能的开关。我们的设计中，DbContext对象的注入点为如下所示的Context属性：

　　所以，我们只需要在UnitOfWorkContextBase的派生类中读取 EntityFrameworkCachingEnabled 进行切换即可。

 1 namespace GMF.Component.Data
 2 {
 3     /// <summary>
 4     ///     数据单元操作类
 5     /// </summary>
 6     [Export(typeof (IUnitOfWork))]
 7     public class EFRepositoryContext : UnitOfWorkContextBase
 8     {
 9         /// <summary>
10         ///     获取 当前使用的数据访问上下文对象
11         /// </summary>
12         protected override DbContext Context
13         {
14             get
15             {
16                 bool secondCachingEnabled = ConfigurationManager.AppSettings["EntityFrameworkCachingEnabled"].CastTo(false);
17                 return secondCachingEnabled ? EFCachingDbContext.Value : EFDbContext.Value;
18             }
19         }
20 
21         [Import("EF", typeof (DbContext))]
22         private Lazy<EFDbContext> EFDbContext { get; set; }
23 
24         [Import("EFCaching", typeof(DbContext))]
25         private Lazy<EFCachingDbContext> EFCachingDbContext { get; set; }
26     }
27 }

　　注意，因为EFDbContext与EFCachingDbContext两个属性只能同时用到其中之一，导入需要使用Lazy<>类型来包装，这样没用到的属性就不会实例化了。

　　下面，我们来测试一下缓存功能是否生效，就用上篇的那个翻页列表吧。判断标准为SQL Server Profiler是否有SQL语句执行。为方便演示，这里在列表的下方显示当前的时间，以便与SQL Server Profiler中的时间进行匹配。

　　第1页不计。

　　点击第2页，执行了查询：

　　点击第3页，执行了查询：

　　再回到第2页，没有执行查询：

　　点击第4页，执行了查询：

　　结论：重复第2页的时候，数据已经缓存了，没有读数据库查询数据，说明缓存已经生效了。

　　最后要提示的一点：

带缓存的上下文不能担当生成数据库的职责，因此在第一次运行生成数据库的时候，必须关闭缓存。

三、源码获取

　　为了让大家能第一时间获取到本架构的最新代码，也为了方便我对代码的管理，本系列的源码已加入微软的开源项目网站 http://www.codeplex.com，地址为：

　　https://gmframework.codeplex.com/

　　可以通过下列途径获取到最新代码：

如果你是本项目的参与者，可以通过VS自带的团队TFS直接连接到 https://tfs.codeplex.com:443/tfs/TFS17 获取最新代码
如果你安装有SVN客户端（亲测TortoiseSVN 1.6.7可用），可以连接到 https://gmframework.svn.codeplex.com/svn 获取最新代码
如果以上条件都不满足，你可以进入页面 https://gmframework.codeplex.com/SourceControl/latest 查看最新代码，也可以点击页面上的 Download 链接进行压缩包的下载，你还可以点击页面上的 History 链接获取到历史版本的源代码

如果你想和大家一起学习MVC，学习EF，欢迎加入群：5008599（群发言仅限技术讨论，拒绝闲聊，拒绝酱油，拒绝广告）
如果你想与我共同来完成这个开源项目，可以随时联系我。

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二、缓存设计

(一) 引用EFProviderWrappers

(二) 缓存代码分析及整合

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2. 应用缓存扩展

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