System.Runtime.Caching库是.NET 4.0引入的缓存库，用于提高应用程序性能。它提供了一组API，用于在内存中存储、检索和管理缓存对象，并包括一些高级功能，如回调和过期策略等。在.NET 7.0中，System.Runtime.Caching库进行了进一步改进和优化，可用于实现不同级别的缓存管理。下面我们对其进行详细介绍和分类。
以下是System.Runtime.Caching库按照不同的功能和用途进行分类，并附有源代码剖析：
System.Runtime.Caching库的适用场景
System.Runtime.Caching库适用于需要在应用程序中实现内存缓存的场景。以下是一些常见的使用场景：
- 数据库查询结果的缓存：在数据库查询时，如果查询结果重复使用的概率较高，可以使用MemoryCache类将结果缓存到内存中，减少对数据库的访问次数，提高性能。
- 频繁读取的配置信息：在应用程序中，一些配置信息需要频繁读取，这些配置信息可以通过MemoryCache类缓存起来，提高应用程序的响应速度。
- 网络请求响应的缓存：在网络请求中，如果某个请求的响应结果较为稳定，可以使用MemoryCache类将响应结果缓存到内存中，提高响应速度和吞吐量。
- 预先加载静态资源：在Web应用程序中，某些静态资源（如CSS、JS等）需要在应用程序启动时预先加载，这些资源可以使用MemoryCache类进行缓存，提高页面渲染速度。
- 业务逻辑计算结果的缓存：在某些业务逻辑中，需要频繁进行计算，如果计算结果稳定，可以使用MemoryCache类缓存计算结果，提高计算速度。
System.Runtime.Caching库的优缺点
System.Runtime.Caching是Microsoft提供的内存缓存方案，封装了一组用于管理缓存的API。它使用MemoryCache类来实现内存缓存，可以用于单个应用程序域或分布式系统中。以下是System.Runtime.Caching的优缺点：
优点：
- 高性能：System.Runtime.Caching使用内存缓存，相比于其他持久化缓存方案，具有更高的读写速度和更低的响应延迟。
- 简单易用：System.Runtime.Caching提供了易于使用的API，可以方便地创建、访问和管理内存缓存，适用于各种.NET应用程序。
- 可扩展性：System.Runtime.Caching支持多种缓存项过期策略、缓存项优先级和回收策略，可以根据特定需求进行自定义。
- 高可靠性：System.Runtime.Caching支持缓存项压缩、内存监视和回收机制等功能，可以有效提高缓存的可靠性和稳定性。
缺点：
- 有容量上限：System.Runtime.Caching使用内存缓存，所以缓存的容量受到硬件资源的限制。对于大型的数据集合，需要考虑使用其他缓存方式或增加硬件资源。
- 无法持久化：System.Runtime.Caching只是一个内存缓存方案，不支持将缓存项持久化到磁盘或其他介质中。如果需要实现持久化缓存，需要使用其他缓存方案。
- 可能存在并发访问问题：System.Runtime.Caching默认情况下是线程安全的，但是在高并发环境下，仍然可能存在竞争条件和死锁等问题。需要注意并发访问限制和异常处理。
System.Runtime.Caching库API介绍
System.Runtime.Caching提供了一组用于管理缓存的API，主要包括以下类型：
- MemoryCache类：实现了一个内存缓存，可以用于单个应用程序域或分布式系统中。MemoryCache支持多种缓存项过期策略、缓存项优先级和回收策略，可以根据具体需求进行自定义。常用方法包括Add、Get、Set和Remove等。
- CacheItem类：表示缓存中的一个项。CacheItem包含缓存键、缓存值和缓存过期策略等属性，可以通过构造函数创建缓存项，也可以通过MemoryCache类的方法管理缓存项。
- CacheItemPolicy类：表示一个缓存项的过期策略。CacheItemPolicy包含过期时间、优先级、回收处理和缓存移除回调等属性，可以通过构造函数创建缓存项策略，并设置给MemoryCache或CacheItem对象。
- CacheEntryRemovedArguments类：表示缓存项移除时的参数。CacheEntryRemovedArguments包含了缓存项的键、值、移除原因和移除通知等属性，可以在缓存项移除时进行处理。
- CacheEntryUpdateArguments类：表示缓存项更新时的参数。CacheEntryUpdateArguments包含了旧的缓存项的键、值和更新通知等属性，可以在缓存项更新时进行处理。
- CacheEntryChangeMonitor类：表示一个监视缓存项变化的对象。CacheEntryChangeMonitor支持多种变化监视器，例如文件监视器、键依赖监视器和SqlDependency监视器等。
MemoryCache类
MemoryCache类是System.Runtime.Caching库中的核心类，它表示一个内存中的缓存集合。MemoryCache类是一个线程安全的、可扩展的、基于键值对的缓存系统。MemoryCache类提供了以下一些方法：
- Add(string key, object value, CacheItemPolicy policy)：向缓存中添加一个具有指定键和值的缓存项，并使用指定的策略对象指定该缓存项的过期和依赖项信息。
- Contains(string key)：返回一个值，指示指定键是否存在于缓存中。
- Get(string key)：获取指定键的缓存项。
- Remove(string key)：从缓存中移除指定键的缓存项。
- GetCount()：获取当前缓存中的项数。
- Dispose()：释放MemoryCache对象占用的资源。
源代码剖析：
[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; }
// 添加缓存项
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();
// 获取缓存项
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);
// 移除缓存项
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);
// 遍历缓存
protected override IEnumerator<KeyValuePair<string, object>> GetEnumerator();
}CacheItem和CacheItemPolicy类
CacheItem表示一个缓存项，包括键、值、过期时间等属性。CacheItemPolicy则表示一个策略对象，用于指定缓存项的一些属性，如过期时间、回收策略、依赖项等。
源代码剖析：
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类
CacheEntryChangeMonitor类提供了监视缓存项更改的功能，以便在发生更改时执行回调函数或其他操作。
源代码剖析：
public abstract class CacheEntryChangeMonitor : ChangeMonitor
{
protected CacheEntryChangeMonitor();
public abstract ReadOnlyCollection<string> CacheKeys { get; }
public abstract DateTimeOffset LastModified { get; }
public abstract string RegionName { get; }
}缓存对象的管理方式
过期策略
过期策略用于确定何时从缓存中删除对象，以防止缓存过多的对象导致内存泄漏或性能降低。System.Runtime.Caching库中提供了三种基本的过期策略：绝对时间、相对时间和空闲时间。可以通过CacheItemPolicy类中的AbsoluteExpiration、SlidingExpiration属性指定缓存项的过期策略。
源代码剖析：
public class CacheItemPolicy
{
// 设置过期时间（绝对时间）
public DateTimeOffset? AbsoluteExpiration { get; set; }
// 设置过期时间（相对时间）
public TimeSpan? SlidingExpiration { get; set; }
}依赖关系
依赖关系用于使缓存项具有基于文件、目录、键或其他对象的依赖关系。当这些依赖项更改时，缓存中的项将自动无效。在System.Runtime.Caching库中，可以通过以下类实现依赖关系的管理：
- CacheDependency类：表示一个基于文件或目录的依赖项。
- ChangeMonitor类：表示一个监视缓存项的变化的类，包括CacheDependency、FileChangeMonitor、SqlChangeMonitor等。
源代码剖析：
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
{
// 标识缓存项是否已过期
public virtual bool HasChanged { get; }
}回调函数
回调函数用于在缓存项过期或被删除时执行指定的回调函数。在System.Runtime.Caching库中，可以通过CacheItemPolicy类中的RemovedCallback属性指定当缓存项过期或被删除时要执行的回调函数。
源代码剖析：
public class CacheItemPolicy
{
// 设置缓存项被删除时的回调函数
public int RemovedCallback { get; set; }
}高级功能
缓存统计信息
缓存统计信息提供了缓存对象的统计数据，如当前缓存项数目、命中率等。在System.Runtime.Caching库中，可以通过MemoryCacheStatistics类获取缓存统计信息。
源代码剖析：
public sealed class MemoryCacheStatistics
{
public int Count { get; }
public long Hits { get; }
public double HitRatio { get; }
public long Misses { get; }
public double MissRatio { get; }
}高级回收策略
高级回收策略提供了自定义的回收策略，以更精细地控制缓存对象的生命周期。在System.Runtime.Caching库中，可以通过以下类实现高级回收策略的管理：
- ICachePolicyManager接口：表示一个可自定义的缓存策略管理器。
- CacheMemoryPressureMonitor类：表示一个监视系统内存压力的对象。
- BackgroundMemoryMonitor类：表示一个后台线程，用于检测系统内存压力并根据指定的缓存策略来删除缓存项。
源代码剖析：
public interface ICachePolicyManager
{
CacheItemPolicy GetItemPolicy(string key, object value);
}
public sealed class CacheMemoryPressureMonitor : IDisposable
{
// 监视系统内存压力，并设置相应的缓存策略
}
public sealed class BackgroundMemoryMonitor : IDisposable
{
public BackgroundMemoryMonitor(ICachePolicyManager policyManager);
// 监视系统内存压力，并根据缓存策略来删除缓存项
}缓存区域
缓存区域允许将缓存项分配到不同的区域，以便更好地管理和组织缓存项。在System.Runtime.Caching库中，可以通过CacheArea类实现缓存区域的管理。
源代码剖析：
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);
}完整的示例代码
以下是一个使用System.Runtime.Caching命名空间的示例代码，展示了如何使用MemoryCache类来创建缓存并添加、获取和删除缓存项：
using System;
using System.Runtime.Caching;
namespace MemoryCacheDemo
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 创建一个内存缓存对象
MemoryCache cache = MemoryCache.Default;
// 添加一个缓存项
cache.Add("key1", "value1", DateTimeOffset.UtcNow.AddMinutes(30));
// 获取缓存项的值
Object value = cache.Get("key1");
if (value != null)
{
Console.WriteLine("获取缓存项：{0}", value);
}
// 删除缓存项
cache.Remove("key1");
// 再次尝试获取已被删除的缓存项
value = cache.Get("key1");
if (value == null)
{
Console.WriteLine("获取失败，缓存项已被删除");
}
// 设置缓存项的属性
CacheItemPolicy policy = new CacheItemPolicy();
policy.AbsoluteExpiration = DateTimeOffset.UtcNow.AddMinutes(30);
cache.Set("key2", "value2", policy);
Console.ReadKey();
}
}
}在这个例子中，我们首先使用MemoryCache.Default静态属性来获取默认的内存缓存对象。然后，我们使用Add方法向缓存中添加一个项，Get方法从缓存中获取一个项，Remove方法从缓存中删除一个项，以及Set方法设置缓存项的属性。注意，我们使用CacheItemPolicy类来指定缓存项的过期时间和其他选项。
以上是System.Runtime.Caching库按照不同的功能和用途进行分类，并提供相应的源代码剖析。根据实际需求，可以选择适当的API和功能进行组合使用，以达到最佳的性能和效果。
