Enterprise Library深入解析与灵活应用(2): 通过SqlDependency实现Cache和Database的同步

对于一个真正的企业级的应用来说,Caching肯定是一个不得不考虑的因素,合理、有效地利用Caching对于增强应用的Performance(减少对基于Persistent storage的IO操作)、Scalability(将数据进行缓存,减轻了对Database等资源的压力)和Availability(将数据进行缓存,可以应对一定时间内的网络问题、Web Service不可访问问题、Database的崩溃问题等等)。Enterprise Library的Caching Application Block为我们提供了一个易用的、可扩展的实现Caching的框架。借助于Caching Application Block,Administrator和Developer很容易实现基于Caching的管理和编程。由于Caching的本质在于将相对稳定的数据常驻内存,以避免对Persistent storage的IO操作的IO操作,所以有两个棘手的问题:Load Balance问题;Persistent storage和内存中数据同步的问题。本篇文章提供了一个解决方案通过SqlDependency实现SQL Server中的数据和Cache同步的问题。

一、Cache Item的过期策略

在默认的情况下,通过CAB(以下对Caching Application Block的简称,注意不是Composite UI Application Block )的CacheManager加入的cache item是永不过期的;但是CacheManager允许你在添加cache item的时候通过一个ICacheItemExpiration对象应用不同的过期策略。CAB定了一个以下一些class实现了ICacheItemExpiration,以提供不同的过期方式:

  • AbsoluteTime:为cache item设置一个cache item的绝对过期时间。
  • ExtendedFormatTime:通过一个表达式实现这样的过期策略:每分钟过期(*****:5个*分别代表minute、hour、date、month、year);每个小时的第5分钟过期(5****);每个月的2号零点零分过期(0 0 2 * *)。
  • FileDependency:将cache item和一个file进行绑定,通过检测file的最后更新时间确定file自cache item被添加以来是否进行过更新。如果file已经更新则cache item过期。
  • NeverExpired:永不过期。
  • SlidingTime:一个滑动的时间,cache item的每次获取都将生命周期延长到设定的时间端,当cache item最后一次获取的时间算起,超出设定的时间,则cache item过期。

对于过期的cache item,会及时地被清理。所以要实现我们开篇提出的要求:实现Sql Server中的数据和Cache中的数据实现同步,我们可以通过创建基于Sql Server数据变化的cache item的过期策略。换句话说,和FileDependency,当Persistent storage(Database)的数据变化本检测到之后,对于得cache自动过期。但是,对于文件的修改和删除,我们和容易通过文件的最后更新日期或者是否存在来确定。对于Database中Table数据的变化的探测就不是那么简单了。不过SQL Server提供了一个SqlDependency的组建帮助我们很容易地实现了这样的功能。

二、创建基于SqlDependency的ICacheItemExpiration

SqlDependency是建立在SQL Server 2005的Service Broker之上。SqlDependency向SQL Server订阅一个Query Notification。当SQL Server检测到基于该Query的数据发生变化,向SqlDependency发送一个Notification,并触发SqlDependency的Changed事件,我们就可以通过改事件判断对应的cache item是否应该过期。

我们现在就来创建这样的一个ICacheItemExpiration。我们先看看ICacheItemExpiration的的定义:

   1: public interface ICacheItemExpiration
   2: {
   3:     // Methods
   4:     bool HasExpired();
   5:     void Initialize(CacheItem owningCacheItem);
   6:     void Notify();
   7: } 

而判断过期的依据就是根据HasExpired方法,我们自定义的CacheItemExpiration就是实现了该方法,根据SqlDependency判断cache item是否过期。下面是SqlDependencyExpiration的定义(注:SqlDependencyExpiration的实现通过Enterprise Library DAAB实现DA操作):

   1: namespace Artech.SqlDependencyCaching
   2: {
   3:     public class SqlDependencyExpiration : ICacheItemExpiration
   4:     {
   5:         private static readonly CommandType DefaultComamndType = CommandType.StoredProcedure; 
   6:  
   7:         public event EventHandler Expired; 
   8:  
   9:         public bool HasChanged
  10:         { get; set; } 
  11:  
  12:         public string ConnectionName
  13:         { get; set; } 
  14:  
  15:         public SqlDependencyExpiration(string commandText, IDictionary<string, object> parameters) :
  16:             this(commandText, DefaultComamndType, string.Empty, parameters)
  17:         { } 
  18:  
  19:         public SqlDependencyExpiration(string commandText, string connectionStringName, IDictionary<string, object> parameters) :
  20:             this(commandText, DefaultComamndType, connectionStringName, parameters)
  21:         { } 
  22:  
  23:         public SqlDependencyExpiration(string commandText, CommandType commandType, IDictionary<string, object> parameters) :
  24:             this(commandText, commandType, string.Empty, parameters)
  25:         { } 
  26:  
  27:         public SqlDependencyExpiration(string commandText, CommandType commandType, string connectionStringName, IDictionary<string, object> parameters)
  28:         {
  29:             if (string.IsNullOrEmpty(connectionStringName))
  30:             {
  31:                 this.ConnectionName = DatabaseSettings.GetDatabaseSettings(ConfigurationSourceFactory.Create()).DefaultDatabase;
  32:             }
  33:             else
  34:             {
  35:                 this.ConnectionName = connectionStringName;
  36:             } 
  37:  
  38:             SqlDependency.Start(ConfigurationManager.ConnectionStrings[this.ConnectionName].ConnectionString);
  39:             using (SqlConnection sqlConnection = DatabaseFactory.CreateDatabase(this.ConnectionName).CreateConnection() as SqlConnection)
  40:             {
  41:                 SqlCommand command = new SqlCommand(commandText, sqlConnection);
  42:                 command.CommandType = commandType;
  43:                 if (parameters != null)
  44:                 {
  45:                     this.AddParameters(command, parameters);
  46:                 }
  47:              SqlDependency dependency = new SqlDependency(command);
  48:                 dependency.OnChange += delegate
  49:                 {
  50:                     this.HasChanged = true;
  51:                     if (this.Expired != null)
  52:                     {
  53:                         this.Expired(this, new EventArgs());
  54:                     }
  55:                 };
  56:                 if (sqlConnection.State != ConnectionState.Open)
  57:                 {
  58:                     sqlConnection.Open();
  59:                 }
  60:                 command.ExecuteNonQuery();
  61:             }
  62:         } 
  63:  
  64:         private void AddParameters(SqlCommand command, IDictionary<string, object> parameters)
  65:         {
  66:             command.Parameters.Clear();
  67:             foreach (var parameter in parameters)
  68:             {
  69:                 string parameterName = parameter.Key;
  70:                 if (!parameter.Key.StartsWith("@"))
  71:                 {
  72:                     parameterName = "@" + parameterName;
  73:                 } 
  74:  
  75:                 command.Parameters.Add(new SqlParameter(parameterName, parameter.Value));
  76:             }
  77:         } 
  78:  
  79:         #region ICacheItemExpiration Members 
  80:  
  81:         public bool HasExpired()
  82:         {
  83:             bool indicator = this.HasChanged;
  84:             this.HasChanged = false;
  85:             return indicator;
  86:         } 
  87:  
  88:         public void Initialize(CacheItem owningCacheItem)
  89:         {         } 
  90:  
  91:         public void Notify()
  92:         {         } 
  93:  
  94:         #endregion
  95:     }
  96: } 
  97:  

我们来简单分析一下实现过程,先看看Property定义:

   1: private static readonly CommandType DefaultComamndType = CommandType.StoredProcedure; 
   2:  
   3: public event EventHandler Expired; 
   4:  
   5: public bool HasChanged
   6: { get; set; } 
   7:  
   8: public string ConnectionName
   9: { get; set; } 
  10:  

通过DefaultComamndType 定义了默认的CommandType,在这了我默认使用Stored Procedure;Expired event将在cache item过期时触发;HasChanged代表Database的数据是否被更新,将作为cache过期的依据;ConnectionName代表的是Connection string的名称。

为了使用上的方便,我定义了4个重载的构造函数,最后的实现定义在public SqlDependencyExpiration(string commandText, CommandType commandType, string connectionStringName, IDictionary<string, object> parameters)。parameters代表commandText的参数列表,key为参数名称,value为参数的值。首先获得真正的connection string name(如果参数connectionStringName为空,就使用DAAB默认的connection string)

   1: if (string.IsNullOrEmpty(connectionStringName))
   2: {
   3:      this.ConnectionName = DatabaseSettings.GetDatabaseSettings(ConfigurationSourceFactory.Create()).DefaultDatabase;
   4: }
   5: else
   6: {
   7:      this.ConnectionName = connectionStringName;
   8: } 

然后通过调用SqlDependency.Start()方法,并传入connection string作为参数。该方法将创建一个Listener用于监听connection string代表的database instance发送过来的query notifucation。

SqlDependency.Start(ConfigurationManager.ConnectionStrings[this.ConnectionName].ConnectionString);

然后创建SqlConnection,并根据CommandText和CommandType参数创建SqlCommand对象,并将参数加入到command的参数列表中。最后将这个SqlCommand对象作为参数创建SqlDependency 对象,并注册该对象的OnChange 事件(对HasChanged 赋值;并触发Expired事件)。这样当我们执行该Cmmand之后,当基于commandtext的select sql语句获取的数据在database中发生变化(添加、更新和删除),SqlDependency 的OnChange 将会触发

   1: SqlDependency dependency = new SqlDependency(command);
   2: dependency.OnChange += delegate
   3: {
   4:       this.HasChanged = true;
   5:        if (this.Expired != null)
   6:        {
   7:               this.Expired(this, new EventArgs());
   8:  
   9:        }
  10:          
  11: };
  12:  

这样在HasExpired方法中,就可以根据HasChanged 属性判断cache item是否应该过期了。

   1: public bool HasExpired()
   2: {
   3:      bool indicator = this.HasChanged;
   4:      this.HasChanged = false;
   5:      return indicator;
   6: } 

三、如何应用SqlDependencyExpiration

我们现在创建一个简单的Windows Application来模拟使用我们创建的SqlDependencyExpiration。我们模拟一个简单的场景:假设我们有一个功能需要向系统所有的user发送通知,而且不同的user,通知是不一样的,由于通知的更新的频率不是很高,我们需要讲某个User的通知进行缓存。

这是我们的表结构:Messages

我们通过下面的SP来获取基于某个User 的Message:

   1: ALTER PROCEDURE [dbo].[Message_Select_By_User]
   2: (@UserID    VarChar(50))
   3: AS
   4: BEGIN    
   5:     Select ID, UserID, [Message] From dbo.Messages Where UserID = @UserID
   6: END

注:如何写成Select * From dbo.Messages Where UserID = @UserID, SqlDependency 将不能正常运行;同时Table的schema(dbo)也是必须的。

我们设计如下的界面来模拟:通过Add按钮,可以为选择的User创建新的Message,而下面的List将显示基于某个User(Foo)的Message List。该列表的获取方式基于Lazy Loading的方式,如果在Cache中,则直接从Cache中获取,否则从Db中获取,并将获取的数据加入cache。

我们先定义了3个常量,分别表示:缓存message针对的User,获取Message list的stored procedure名称和Cache item的key。

   1: private const string UserName = "Foo";
   2: private const string MessageCachingProcedure = "Message_Select_By_User";
   3: private const string CacheKey = "__MessageOfFoo"; 

我们通过一个Property来创建或获取我们的上面定义的SqlDependencyExpiration 对象

   1: private SqlDependencyExpiration CacheItemExpiration
   2: {
   3:     get
   4:     {
   5:         IDictionary<string, object> parameters = new Dictionary<string, object>();
   6:         parameters.Add("UserID", UserName);
   7:         SqlDependencyExpiration expiration= new SqlDependencyExpiration(MessageCachingProcedure, parameters);
   8:         expiration.Expired += delegate
   9:         {
  10:             MessageBox.Show("Cache has expired!");
  11:         }; 
  12:  
  13:         return expiration;
  14:     }
  15: } 
  16:  

通过GetMessageByUser从数据库中获取基于某个User的Message List(使用了DAAB):

   1: private List<string> GetMessageByUser(string userName)
   2: {
   3:     List<string> messageList = new List<string>();
   4:     Database db = DatabaseFactory.CreateDatabase();
   5:     DbCommand command = db.GetStoredProcCommand(MessageCachingProcedure);
   6:     db.AddInParameter(command, "UserID", DbType.String, userName);
   7:     IDataReader reader = db.ExecuteReader(command);
   8:     while (reader.Read())
   9:     {
  10:         messageList.Add(reader.GetString(2));
  11:     } 
  12:  
  13:     return messageList;
  14: } 

通过GetMessages获取User(Foo)的Message List:首先通过CacheManager检测message list是否存在于Cache,如何不存在,调用上面的GetMessageByUser方法从database中获取Foo的message list。并将其加入Cache中,需要注意的是这里使用到了我们的SqlDependencyExpiration 对象。

   1: private List<string> GetMessages()
   2: {
   3:     ICacheManager manager = CacheFactory.GetCacheManager();
   4:     if (manager.GetData(CacheKey) == null)
   5:     { 
   6:         manager.Add(CacheKey, GetMessageByUser(UserName), CacheItemPriority.Normal, null, this.CacheItemExpiration);
   7:     } 
   8:  
   9:     return manager.GetData(CacheKey) as List<string>;
  10: } 

由于在我们的例子中需要对DB进行数据操作,来检测数据的变换是否应用Cache的过期,我们需要想数据库中添加Message。我们通过下面的方式现在message的添加。

   1: private void CreateMessageEntry(string userName, string message)
   2: {
   3:     Database db = DatabaseFactory.CreateDatabase();
   4:     string insertSql = "INSERT INTO [dbo].[Messages]([UserID],[Message])VALUES(@userID, @message)";
   5:     DbCommand command = db.GetSqlStringCommand(insertSql);
   6:     db.AddInParameter(command, "userID", DbType.String, userName);
   7:     db.AddInParameter(command, "message", DbType.String, message);
   8:     db.ExecuteNonQuery(command);
   9: } 

我们的Add按钮的实现如下:基于我们选择的Username和输入的message的内容向DB中添加Message,然后调用GetMessages()方法获取基于用户Foo的Message列表。之所以要在两者之间将线程休眠1s,是为了上SqlDependency有足够的时间结果从Database传过来的Query Notification,并触发OnChanged事件并执行相应的Event Handler,这样调用GetMessages时检测Cache才能检测到cache item已经过期了。

   1: private void buttonAdd_Click(object sender, EventArgs e)
   2: {
   3:     this.CreateMessageEntry(this.comboBoxUserName.SelectedValue.ToString(), this.textBoxMessage.Text.Trim());
   4:     Thread.Sleep(1000);
   5:     this.listBoxMessage.DataSource = this.GetMessages();
   6: } 

由于我们缓存了用户Foo的Message list,所以当我们为Foo创建Message的时候,下面的ListBox的列表能够及时更新,这表明我们的cache item已经过期了。而我们为其他的用户(Bar,Baz)创建Message的时候,cache item将不会过期,这一点我们可以通过弹出的MessageBox探测掉(expiration.Expired += delegate           MessageBox.Show("Cache has expired!");}; ),只有前者才会弹出下面的MessageBox:

注:由于SqlDependency建立在Service Broker之上的,所以我们必须将service Broker开关打开(默认使关闭的)。否则我们将出现下面的错误:

打开service Broker可以通过如下的T-SQL:

   1: ALTER DATABASE MyDb SET ENABLE_BROKER ;

Enterprise Library深入解析与灵活应用: [1] 通过Unity Extension实现和Policy Injection Application Block的集成 [2] 通过SqlDependency实现Cache和Database的同步 [3] 倘若将Unity、PIAB、Exception Handling引入MVP模式 [4] 创建一个自定义Exception Handler改变ELAB的异常处理机制 [5] 创建一个简易版的批处理执行器,认识Enterprise Library典型的配置方式和对象创建方式 [6] 自己动手创建迷你版AOP框架 [7] 再谈PIAB与Unity之间的集成

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