ASP.NET Core 性能优化：服务器端响应缓存

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前言

在 .NET Core 中，缓存是性能优化的重要手段之一。

一、什么是缓存

缓存（Caching）是提升应用性能的关键技术，通过存储频繁访问的数据来减少计算和数据库压力。
数据库中的索引等简单有效的优化功能本质上都是缓存。

二、服务器端缓存

在 ASP.NET Core 中，服务器端响应缓存是一种将完整的 HTTP 响应（如 HTML 页面、API 结果）存储在服务器内存或分布式缓存中的机制，避免重复处理相同请求。与客户端缓存不同，服务器端缓存的响应对所有用户共享，能显著减少计算和数据库压力。

1）核心机制与配置

1. 启用响应缓存中间件
2. 在 Program.cs 中注册服务并启用中间件

   services.AddResponseCaching(options =>
   {
       options.MaximumBodySize = 1024 * 1024;  // 最大缓存响应体大小（默认64KB）
       options.UseCaseSensitivePaths = false;   // 是否区分URL大小写（默认false）
   });
   
   // Configure 方法中启用中间件,注意：app.UseResponseCaching();要在app.MapControllers();之前。如果使用到跨域中间件app.UseCors();，需要确保app.UseCors();在app.UseResponseCaching();之前。
   app.UseResponseCaching();
   

3. 缓存条件

• 响应默认被缓存的条件：
  • 请求方法为 GET 或 HEAD
  • 响应状态码为 200 OK
  • 未设置 Authorization 请求头
  • Cache-Control 头未明确禁止缓存（如 no-store）

2）实现服务器端响应缓存

1. 使用 [ResponseCache] 属性，在控制器或 Action 上标记，指定缓存策略

   [ResponseCache(Duration = 20, Location = ResponseCacheLocation.Any, VaryByQueryKeys = new[] { "id" })]
   public ActionResult<Product> GetProduct(int id)
   {
       var product = _db.Products.Find(id);
       return product;
   }
   

关键参数

• Duration：缓存时间（秒）
• Location：缓存位置（Any 表示服务器和客户端均可缓存）
• VaryByQueryKeys：根据查询参数区分缓存版本（如 id 不同则缓存不同结果）
• VaryByHeader：根据请求头区分缓存（如 User-Agent）

2. 自定义缓存策略，通过中间件和手动设置缓存头

   public ActionResult<Product> GetProduct(int id)
   {
       // 手动设置缓存头
       Response.Headers.CacheControl = new[] { "public", "max-age=60" };
       var product = _db.Products.Find(id);
       return product;
   }
   

3）缓存存储位置

内存缓存（默认）

1. 数据存储在应用进程内存中，适用于单实例部署
2. 限制：重启应用后缓存丢失，多实例部署无法共享。

分布式缓存（如 Redis）

1. 结合分布式缓存实现多实例共享缓存

   services.AddStackExchangeRedisCache(options =>
   {
       options.Configuration = "localhost:7000";
   });
   services.AddResponseCaching(); // 仍需要启用响应缓存中间件
   

   注意：分布式缓存需自行处理序列化（默认缓存响应为二进制格式）

4）高级场景

缓存版本控制

1. 使用 VaryBy* 参数区分不同缓存版本：

   // 根据查询参数和头部区分缓存
   [ResponseCache(Duration = 60, VaryByQueryKeys = new[] { "category" }, VaryByHeader = "Accept-Language")]
   public ActionResult<Product> GetProducts(string category)
   {
       var products = _db.Products.Where(p => p.Category == category);
       return products;
   }
   

动态缓存策略

1. 需在 Program.cs 中注册服务：

   builder.Services.AddMemoryCache(); // 注册 IMemoryCache
   

2. 结合 MemoryCache 或 IDistributedCache 手动控制缓存

   private readonly IMemoryCache _memoryCache;
   public MyController(IMemoryCache memoryCache)
   {
   	_memoryCache = memoryCache;
   }
   public ActionResult<ContentResult> GetDynamicData()
   {
       var cacheKey = $"data_{Request.Query["param"]}";
       if (_memoryCache.TryGetValue(cacheKey, out string cachedData))
       {
           return Content(cachedData);
       }
   
       var data = GenerateData(); // 耗时操作
       _memoryCache.Set(cacheKey, data, TimeSpan.FromMinutes(5));//设置缓存过期时间为 5 分钟,超时后缓存自动失效
       return Content(data);
   }
   

三、最佳实践与问题处理

适用场景

• 高并发读低频写：如新闻首页、商品列表。
• 计算密集型响应：如复杂报表生成。
• 静态化内容：如长期不变的帮助文档。

常见问题与解决方案

• 缓存雪崩：
  • 方案：为缓存项设置随机过期时间偏移。

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• 缓存穿透：
  • 方案：缓存空结果（如 null），并设置短过期时间。

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• 数据更新后缓存未失效：
  • 方案：在数据变更时手动清除相关缓存键。

  [HttpPut]
  public void UpdateProduct(int id)
  {
      _db.UpdateProduct(id);
      _cache.Remove($"product_{id}"); // 手动清除缓存
  }
  

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总结

ASP.NET Core 的服务器端响应缓存通过以下步骤实现高性能：

1. 启用中间件：AddResponseCaching 和 UseResponseCaching。
2. 配置策略：使用 [ResponseCache] 或手动设置缓存头。
3. 区分缓存版本：通过 VaryByQueryKeys 或 VaryByHeader。
4. 结合分布式缓存：支持多实例部署。

关键注意事项：

1. 避免缓存敏感数据：确保缓存策略不暴露用户隐私。
2. 及时失效缓存：数据更新后需主动清除旧缓存。
3. 监控命中率：优化缓存时间和覆盖范围。