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摘要

在現代應用程序中，性能始終是一個關鍵的考慮因素。無論是提高響應速度，降低延遲，還是減輕服務器負載，開發者都在尋找各種方法來優化他們的API。在Web開發中，利用客戶端緩存是一種有效的方法，可以顯著提高API的性能。本文將結合Replicant和Delta，深入探討如何在.NET中使用客戶端緩存，巧妙地提升API的響應速度。

問題概述

盡管數據庫已經過優化，但在實際應用中，我們仍然會遇到一些性能瓶頸。例如，當數據庫中有數百萬條記錄時，即使添加了索引，某些查詢（如對用戶名的部分匹配搜索）仍可能導致響應延遲。在API集成中，每次請求都需要花費較長的時間，這不僅影響用戶體驗，還會增加服務器的負載。

解決方案概述

為了應對這些性能挑戰，我們可以采用以下策略：

1. 利用客戶端緩存：通過在客戶端緩存API響應，減少重復請求，提高響應速度。
2. 使用HTTP緩存頭：利用HTTP的緩存控制頭信息（如ETag、Cache-Control）來管理緩存，實現高效的數據更新檢測。
3. 引入輔助庫：使用諸如Replicant和Delta這樣的庫，簡化緩存的實現方式，降低開發成本。

接下來，我們將詳細探討如何在.NET中實現上述策略，并提供具體的代碼示例。

客戶端緩存概述

什么是HTTP緩存頭？

HTTP提供了一系列頭信息，用于管理緩存行為。這些頭信息包括：

• ETag：實體標簽，用于標識資源的版本。當資源發生變化時，ETag也會隨之更新。
• Cache-Control：指定緩存策略，如no-cache、max-age等。
• Last-Modified：指示資源的最后修改時間。

通過合理地設置這些頭信息，客戶端和服務器可以協同工作，實現高效的緩存機制。

瀏覽器中的緩存機制

當瀏覽器發送請求時，如果服務器返回了ETag或Last-Modified等頭信息，瀏覽器會緩存響應。當再次請求相同資源時，瀏覽器會攜帶If-None-Match或If-Modified-Since等條件請求頭，詢問服務器資源是否更新。如果資源未更新，服務器返回304 Not Modified，瀏覽器直接使用本地緩存的數據。

在HTTP客戶端中實現緩存

在非瀏覽器環境（如使用HttpClient進行API調用）中，實現類似的緩存機制需要額外的工作。幸運的是，Replicant庫提供了便利的解決方案。

使用Delta優化服務器端緩存

什么是Delta？

Delta是一個開源的.NET庫，通過在數據庫中添加一個版本列（如RowVersion）或數據庫自帶的追蹤數據，結合瀏覽器或客戶端的緩存機制，實現高效的數據更新檢測。它可以自動處理ETag的生成和驗證，簡化服務器端的開發工作。

如何使用Delta？

1. 安裝NuGet包

   
   Install-Package Delta

2. 配置中間件

   在Startup.cs或Program.cs中，添加Delta的中間件：

   
    app.UseDelta<BloggingContext>(); //Delta內置了對EFCore的支持，只要是基于ADO.NET的ORM都可以使用Delta

3. 修改數據庫

• SQL Server

  在相關的數據庫表中，添加一個時間戳或版本列，用于跟蹤數據的變化。例如，使用RowVersion列：

  
  [Timestamp]
  
  public byte[] RowVersion { get; set; }

• PostgreSQL
  啟用track_commit_timestamp功能

Delta的工作原理

• ETag生成：Delta會根據數據庫中的RowVersion或時間戳列，自動生成ETag。
• 條件請求：當客戶端發送請求時，攜帶If-None-Match頭信息，Delta會根據ETag判斷數據是否發生變化。
• 響應優化：如果數據未變化，服務器直接返回304 Not Modified，客戶端可以使用緩存的數據。

使用Delta的優勢

• 非侵入式：無需對現有的API進行大量修改，只需簡單配置即可。
• 性能提升：在數據未變化的情況下，避免了不必要的數據庫查詢和數據傳輸。
• 適用性強：適用于各種類型的API，包括RESTful API、GraphQL等。

使用Replicant實現HTTP客戶端緩存

什么是Replicant？

Replicant是由Simon Cropp開發的一個開源.NET庫，用于實現HTTP客戶端的緩存機制。它利用了與瀏覽器相同的HTTP緩存頭（如ETag、Cache-Control），可以緩存HTTP響應，避免重復請求。

使用Replicant的步驟

1. 安裝NuGet包

   在項目中安裝Replicant包：

   
   Install-Package Replicant

2. 替換HttpClient

   Replicant提供了一個包裝的HttpClient，在創建客戶端時使用HttpCache：

   
   HttpCache cachedClient = HttpCache.Default;

3. 發送請求

   使用HttpCache發送請求，與普通的HttpClient用法相同：

   
   var response = await httpClient.ResponseAsync("https://api.example.com/products");
   
   var content = await response.Content.ReadAsStringAsync();

Replicant的工作原理

• 首次請求：當第一次請求某個資源時，Replicant會將響應的內容和相關的緩存頭信息（如ETag）存儲在本地緩存中。
• 后續請求：再次請求相同資源時，Replicant會檢查本地緩存的有效性。如果緩存有效，且資源未更新，Replicant會直接返回緩存的內容，避免實際的HTTP請求。

綜合示例：提升API集成請求性能

下面，我們將結合Replicant和Delta，提供一個完整的示例，展示如何利用客戶端和服務器端緩存，提高API的性能。

后端代碼示例

以下是使用Delta庫的后端代碼示例。該示例中，我們構建了一個簡單的博客應用，包含了博客（Blog）和帖子（Post）兩個實體。

1. 配置Program.cs

using Delta;

using Microsoft.EntityFrameworkCore;

using System.Text.Json;

using System.Text.Json.Serialization;

using TutorialClientCache.Components;



var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.AddNpgsqlDbContext<BloggingContext>("mydb");



// 添加服務到容器

builder.Services.AddRazorComponents()

    .AddInteractiveWebAssemblyComponents();



builder.Services.AddBootstrapBlazor();



var app = builder.Build();



// 使用Delta中間件

app.UseDelta<BloggingContext>();



// 定義API端點

app.MapGet("/posts", async (string? title, BloggingContext db) =>

{

    var query = db.Posts

        .Where(p => title == null || p.Title.Contains(title))

        .OrderByDescending(p => p.Title)

        .ThenBy(p => p.Content)

        .Take(10);



    return await query.ToListAsync();

});



// 配置HTTP請求管道

if (app.Environment.IsDevelopment())

{

    app.UseWebAssemblyDebugging();

}

else

{

    app.UseExceptionHandler("/Error", createScopeForErrors: true);

}



app.UseAntiforgery();



app.MapStaticAssets();

app.MapRazorComponents<App>()

    .AddInteractiveWebAssemblyRenderMode()

    .AddAdditionalAssemblies(typeof(TutorialClientCache.Client._Imports).Assembly);



app.Run();

2. 定義數據上下文和實體

數據上下文 BloggingContext

public class BloggingContext : DbContext

{

    public BloggingContext(DbContextOptions<BloggingContext> options)

        : base(options)

    {

    }



    public DbSet<Blog> Blogs { get; set; }

    public DbSet<Post> Posts { get; set; }

}

實體類 Blog 和 Post

public class Blog

{

    public int BlogId { get; set; }

    public string Url { get; set; }



    public List<Post> Posts { get; } = new List<Post>();

}



public class Post

{

    public int PostId { get; set; }

    public string Title { get; set; }

    public string Content { get; set; }



    public int BlogId { get; set; }

    public Blog Blog { get; set; }

}

客戶端代碼示例

由于瀏覽器HttpClient已經內置客戶端緩存邏輯，這里提供一個可以在其他Runtime環境內使用緩存的例子：

// See https://aka.ms/new-console-template for more information

using Replicant;

using System.Diagnostics;



Console.WriteLine("Hello, World!");



string url = "http://localhost:5225/posts?title=CSS";



//warm up

await MeasureHttpClientPerformance(url);

await MeasureHttpCachePerformance(url);



for (int i = 0; i < 5; i++)

{

    var httpClientTime = await MeasureHttpClientPerformance(url);

    Console.WriteLine($"HttpClient Time: {httpClientTime} ms");

}

for (int i = 0; i < 5; i++)

{

    var httpCacheTime = await MeasureHttpCachePerformance(url);

    Console.WriteLine($"HttpCache Time: {httpCacheTime} ms");

}





static async Task<long> MeasureHttpClientPerformance(string url)

{

    using var httpClient = new HttpClient();

    var stopwatch = Stopwatch.StartNew();



    var response = await httpClient.GetAsync(url);

    response.EnsureSuccessStatusCode();

    var content = await response.Content.ReadAsStringAsync();



    stopwatch.Stop();

    return stopwatch.ElapsedMilliseconds;

}



static async Task<long> MeasureHttpCachePerformance(string url)

{

    HttpCache cachedClient = HttpCache.Default;

    var stopwatch = Stopwatch.StartNew();



    var response = await cachedClient.ResponseAsync(url);

    response.EnsureSuccessStatusCode();

    var content = await response.Content.ReadAsStringAsync();



    stopwatch.Stop();

    return stopwatch.ElapsedMilliseconds;

}

效果

結論

通過結合使用Delta和Replicant，我們可以在.NET應用程序中有效地利用客戶端緩存機制，顯著提升API的性能。利用ETag和304 Not Modified等HTTP特性，我們能夠減少不必要的網絡請求和數據傳輸，提高應用的響應速度和用戶體驗。

參考鏈接

• Replicant GitHub 倉庫
• Delta GitHub 倉庫
• HTTP 緩存機制詳解
• ASP.NET Core 使用中間件

?轉自https://www.cnblogs.com/madtom/p/18664378