淺析如何提高ASP.NET軟件開發(fā)中的程序性能
我將不限于只討論asp.net應(yīng)用程序的內(nèi)容，因為它們只是web應(yīng)用程序的一個子集。本文也不能提供一個完整提高web應(yīng)用程序性能的指南，因為這需要一本書的篇幅。本文只提供一個提高web應(yīng)用程序性能的良好的開端。（剩下的只有我們自己慢慢研究了）。
在工作這外，我經(jīng)常去攀巖，在每次攀巖之前，我都會重溫一下攀巖線路圖及看一下前面的成功的攀巖者的建議。因為我們需要它們的成功經(jīng)驗。同樣的，當(dāng)你需要修改某個有性能問題的程序或者是要開發(fā)一個高性能的站點時，你也需要學(xué)習(xí)怎么樣寫一個高性能的web應(yīng)用程序。
我個人的經(jīng)驗主要來源于在微軟的asp.net組擔(dān)任程序經(jīng)理，運行和管理網(wǎng)站，和協(xié)助開發(fā)Community Server（它是asp.net Forums，.Text, and nGallery的集成升級版本軟件）。我想這些經(jīng)驗?zāi)芪易寔韼椭蠹摇?
你也許會想到把你的應(yīng)用程序劃分成不同的邏輯層。你也可能聽過三層物理架構(gòu)或N層架構(gòu)，這是最常用的架構(gòu)模式，它把不同的程序功能物理的分配給各個硬件來執(zhí)行。這樣，如果我們想提高應(yīng)用程序的性能的話，加一些硬件就可以達到目的了。按理說這種方法能提高應(yīng)用程序的性能,但是我們應(yīng)該避免使用這種方法。所以，只要有可能，我們都應(yīng)該把asp.net頁面和它用到的組件放到一個應(yīng)用程序中運行。
因為分布式的布署，要用到web services或者Remoting，它將使應(yīng)用程序的性能下降20%或者更多。
對于數(shù)據(jù)層有點不同，最好還是把它獨立出來布署，用一個單獨的硬件來運行它。雖然這樣，但是數(shù)據(jù)庫仍然是應(yīng)用程序性能的瓶頸。因此，當(dāng)你想優(yōu)化你的程序的時候，首先想到的地方就應(yīng)該是優(yōu)化數(shù)據(jù)層了。
在修改應(yīng)用程序的出現(xiàn)性能問題的地方之前，你要先確認出問題的地方的程序看起來很嚴密，性能分析器對于查找應(yīng)用程序哪些地方花費了多長時間非常有用。這些地方是我們用直覺感覺不到的。
本文討論兩種類型的性能優(yōu)化：一種是大的性能優(yōu)化(big optimizations)，如用asp.net的Cache；另一種是小的性能優(yōu)化（tiny optimizations）。小幅的性能優(yōu)化有時候非常有用。你只對你的代碼作一個小的改到，然后一次調(diào)用它一千或一萬次。作一次大的性能優(yōu)化，你會發(fā)生你的應(yīng)用程序的速度會有一個很大的提升。作一次小的性能優(yōu)化，也許每次請求只能提高一微秒，但是如果每天的請求量很大的話，那么應(yīng)用程序就有很顯著的性能提升。
數(shù)據(jù)層的性能
當(dāng)你要優(yōu)化一個應(yīng)用程序的性能的時候，你可以按下面的順序工作：你的代碼要訪問數(shù)據(jù)庫？如果要，訪問數(shù)據(jù)庫頻率怎么樣？同樣，這種測試方法也可以用在用web services或Remoting的程序代碼中。本文將不討論用Web services和Remoting的程序優(yōu)化的問題。
如果在你的代碼中有一段必須訪問數(shù)據(jù)庫的請求，而你在其它的地方又看到實現(xiàn)同樣的功能 的代碼，那么你首先要優(yōu)化它。修改和完善繼續(xù)測試，除非你有一個非常大的性能問題，你的時間最好花在優(yōu)化查詢，連接數(shù)據(jù)庫，返回數(shù)據(jù)集的大小，以及一次查詢往返回的時間上。
根據(jù)經(jīng)驗的總結(jié)，讓我們來看看十個能幫助你提升你的應(yīng)用程序性能的經(jīng)驗，我將按將它們提升效率的多少從大到小小依次說明。
一、返回多個數(shù)據(jù)集
檢查你的訪問數(shù)據(jù)庫的代碼，看是否存在著要返回多次的請求。每次往返降低了你的應(yīng)用程序的每秒能夠響應(yīng)請求的次數(shù)。通過在單個數(shù)據(jù)庫請求中返回多個結(jié)果集，可以減少與數(shù)據(jù)庫通信的時間，使你的系統(tǒng)具有擴展性，也可以減少數(shù)據(jù)庫服務(wù)器響應(yīng)請求的工作量。
如果你是用動態(tài)的SQL語句來返回多個數(shù)據(jù)集，那我建議你用存儲過程來替代動態(tài)的SQL語句。是否把業(yè)務(wù)邏輯寫到存儲過程中，這個有點爭議。但是我認為，把業(yè)務(wù)邏輯寫到存儲過程里面可以限制返回結(jié)果集的大小，減小網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流量，在邏輯層也不用在過濾數(shù)據(jù)，這是一個好事情。
用SqlCommand對象的ExecuteReader方法返回一個強類型的業(yè)務(wù)對象，再調(diào)用NextResult方法來移動數(shù)據(jù)集指針來定位數(shù)據(jù)集。示例一演示了一個返回多個ArrayList強類型對象的例子。只從數(shù)據(jù)庫中返回你需要的數(shù)據(jù)可以大大的減小你的服務(wù)器所耗用的內(nèi)存。
二、對數(shù)據(jù)進行分頁
ASP.NET軟件開發(fā)中的DataGrid有一個非常有用的功能：分頁。如果DataGrid允許分頁，在某一時刻它只下載某一頁的數(shù)據(jù)，另外，它有一個數(shù)據(jù)分頁的濟覽導(dǎo)航欄，它讓你可以選擇瀏覽某一頁，而且每次只下載一頁的數(shù)據(jù)。
但是它有一個小小的缺點，就是你必須把所有的數(shù)據(jù)都綁定到DataGrid中。也就是說，你的數(shù)據(jù)層必須返回所有的數(shù)據(jù)，然后DataGrid再根據(jù)當(dāng)前頁過濾出當(dāng)前頁所需要的數(shù)據(jù)顯示出來。如果有一個一萬條記錄的結(jié)果集要用DataGrid進行分頁，假設(shè)DataGrid每頁只顯示25條數(shù)據(jù)，那就意味著每次請求都有9975條數(shù)據(jù)都是要丟棄的。每次請求都要返回這么大的數(shù)據(jù)集，對應(yīng)用程序的性能影響是非常大的。
一個好的解決方案是寫一個分頁的存儲過程，例子2是一個用于對Northwind數(shù)據(jù)庫orders表的分頁存儲過程。你只需要傳當(dāng)前頁碼，每頁顯示的條數(shù)兩個參數(shù)進來，存儲過程會返回相應(yīng)的結(jié)果。
在服務(wù)器端，我專門寫了一個分頁的控件來處理數(shù)據(jù)的分頁，在這里，我用了第一個方法，在一個存儲過程里面返回了兩個結(jié)果集：數(shù)據(jù)記錄總數(shù)和要求的結(jié)果集。
返回的記錄總數(shù)取決于要執(zhí)行查詢，例如，一個where條件可以限制返回的結(jié)果集的大小。因為在分頁界面中必須要根據(jù)數(shù)據(jù)集記錄的大小來計算總的頁數(shù)，所以必須要返回結(jié)果集的記錄數(shù)。例如，如果一共有1000000條記錄，如果用where條件就可以過濾成只返回1000條記錄，存儲過程的分頁邏輯應(yīng)該知道返回那些需要顯示的數(shù)據(jù)。
三、連接池
用TCP來連接你的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫是一件昂貴的事情（很費時的事情），微軟的開發(fā)者可以通過用連接池來反復(fù)的使用數(shù)據(jù)庫的連接。比起每次請求都用TCP來連一次數(shù)據(jù)庫，連接池只有在不存在有效的連接時才新建一個TCP連接。當(dāng)關(guān)閉一個連接的時候，它會被放到池中，它仍然會保持與數(shù)據(jù)庫的連接，這樣就可以減少與數(shù)據(jù)庫的TCP連接次數(shù)。 軟件開發(fā)網(wǎng) www.mscto.com
當(dāng)然，你要注意那些忘記關(guān)的連接，你應(yīng)在每次用完連接后馬上關(guān)閉它。我要強調(diào)的是：無論什么人說.net framework中的GC(垃圾收集器)總會在你用完連接對象后調(diào)用連接對象的Close或者Dispose方法顯式的關(guān)閉你的連接。不要期望CLR會在你想象的時間內(nèi)關(guān)掉連接，雖然CLR最終都要銷毀對象和關(guān)閉邊接，但是我們并不能確定它到底會在什么時候做這些事情。
要用連接池優(yōu)化，有兩條規(guī)則，第一，打開連接，處理數(shù)據(jù)，然后關(guān)閉連接。如果你必須在每次請求中多次打開或關(guān)閉連接，這好過一直打開一個邊接，然后把它傳到各個方法中。第二，用相同的連接字符串（或者用相同的用戶標識，當(dāng)你用集成認證的時候）。如果你沒有用相同的連接字符串，如你用基于登錄用戶的連接字符串，這將不能利用連接池的優(yōu)化功能。如果你用的是集成的論證，因為用戶很多，所以你也不能充分利用連接池的優(yōu)化功能。.NET CLR提供了一個數(shù)據(jù)性能計數(shù)器，它在我們需要跟蹤程序性能特性的時候非常有用，當(dāng)然也包括連接池的跟蹤了。
無論你的應(yīng)用程序什么時候要連在另一臺機子的資源，如數(shù)據(jù)庫，你都應(yīng)該重點優(yōu)化你連資源所花的時間，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的時間，以及往返回之間的次數(shù)。優(yōu)化你的應(yīng)用程序中的每一個處理點（process hop），它是提高你的應(yīng)用的性能的出發(fā)點。
應(yīng)用程序?qū)影c數(shù)據(jù)層連接，傳送數(shù)據(jù)到相應(yīng)的類的實例以及業(yè)務(wù)處理的邏輯。例如，在Community Server中，要組裝一個Forums或者Threads集合，然后應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯，如授權(quán)，更重要的，這里要完成緩存邏輯。
四、 ASP.NET緩存API
在做ASP.NET軟件開發(fā)之前,你要做的第一件事是讓應(yīng)用程序最大化的利用ASP.NET的緩存功能。
如果你的組件是要在ASP.NET應(yīng)用程序中運行，你只要把System.Web.dll引用到你的項目中就可以了。然后用HttpRuntime.Cache屬性就可訪問Cache了（也可以通過Page.Cache或HttpContext.Cache訪問）。
有以下幾條緩存數(shù)據(jù)的規(guī)則。第一，數(shù)據(jù)可能會被頻繁的被使用，這種數(shù)據(jù)可以緩存。第二，數(shù)據(jù)的訪問頻率非常高，或者一個數(shù)據(jù)的訪問頻率不高，但是它的生存周期很長，這樣的數(shù)據(jù)最好也緩存起來。第三是一個常常被忽略的問題，有時候我們緩存了太多數(shù)據(jù)，通常在一臺X86的機子上，如果你要緩存的數(shù)據(jù)超過800M的話，就會出現(xiàn)內(nèi)存溢出的錯誤。所以說緩存是有限的。換名話說，你應(yīng)該估計緩存集的大小，把緩存集的大小限制在10以內(nèi)，否則它可能會出問題。在ASP.NET中，如果緩存過大的話也會報內(nèi)存溢出錯誤，特別是如果緩存大的DataSet對象的時候。
這里有幾個你必須了解的重要的緩存機制。首先是緩存實現(xiàn)了“最近使用”原則（ a least-recently-used algorithm），當(dāng)緩存少的時候，它會自動的強制清除那些無用的緩存。其次 “條件依賴”強制清除原則（expiration dependencies），條件可以是時間，關(guān)鍵字和文件。以時間作為條件是最常用的。在asp.net2.0中增加一更強的條件，就是數(shù)據(jù)庫條件。當(dāng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，就會強制清除緩存。要更深入的了解數(shù)據(jù)庫條件依賴請看Dino Esposito 在MSDN雜志2004年七月刊的Cutting Edge專欄文章。
五、 預(yù)請求緩存
在前面，我提到過即使我們只對某些地方作了一個小小的性能改進也可以獲得大的性能提升，我非常喜歡用預(yù)請求緩存來提升程序的性能。
雖然Cache API設(shè)計成用來保存某段時間的數(shù)據(jù)，而預(yù)請求緩存只是保存某個時期的某個請求的內(nèi)容。如果某個請求的訪問頻率高，而且這個請求只需要提取，應(yīng)用，修改或者更新數(shù)據(jù)一次。那么就可以預(yù)緩存該請求。我們舉個例子來說明。
在CS的論壇應(yīng)用程序中，每一個頁面的服務(wù)器控件都要求得到用于決定它的皮膚（skin）的自定義的數(shù)據(jù)，以決定用哪個樣式表及其它的一些個性化的東西。這里面的某些數(shù)據(jù)可能要長時間的保存，有些時間則不然，如控件的skin數(shù)據(jù)，它只需要應(yīng)用一次，而后就可以一直使用。
要實現(xiàn)預(yù)請求緩存，用Asp.net 的HttpContext類，HttpContext類的實例在每一個請求中創(chuàng)建，在請求期間的任何地方都可以通過HttpContext.Current屬性訪問。HttpContext類有一個Items集合屬性，在請求期間所有的對象和數(shù)據(jù)都被添加到這個集合中緩存起來。和你用Cache緩存訪問頻率高數(shù)據(jù)一樣，你可以用HttpContext.Items緩存那些每個請求都要用到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。它背后的邏輯很簡單：我們向HttpContext.Items中添加一個數(shù)據(jù)，然后再從它里面讀出數(shù)據(jù)。
六、 后臺處理
通過上面的方法你的應(yīng)用程序應(yīng)該運行得很快了，是不是？但是在某些時候，程序中的一次請求中可能要執(zhí)行一個非常耗時的任務(wù)。如發(fā)送郵件或者是檢查提交的數(shù)據(jù)的正確性等。
當(dāng)我們把asp.net Forums 1.0集成在CS中的時侯，發(fā)現(xiàn)提交一個新的帖子的時候會非常的慢。每次新增一個帖子的時侯，應(yīng)用程序首先要檢查這個帖子是不是重復(fù)提的，然后用“badword”過濾器來過濾，檢查圖片附加碼，作帖子的索引，把它添加到合適的隊列中，驗證它的附件，最后，發(fā)郵件到它的訂閱者郵件箱中。顯然，這個工作量很大。
結(jié)果是它把大量的時間都花在做索引和發(fā)送郵件中了。做帖子的索引是一項很耗時的操作，而發(fā)郵件給訂閱都需要連接到SMTP服務(wù)，然后給每一個訂閱者都發(fā)一封郵件，隨著訂閱用戶的增加，發(fā)送郵件的時間會更長。
索引和發(fā)郵件并不需要在每次請求時觸發(fā)，理想狀態(tài)下，我們想要批量的處理這些操作，每次只發(fā)25封郵件或者每隔5分鐘把所有的要發(fā)的新郵件發(fā)一次。我們決定使用與數(shù)據(jù)庫原型緩存一樣的代碼，但是失敗了，所以又不得不回到VS.NET 2005。
我們在System.Threading命名空間下找到了Timer類，這個類非常有用，但卻很少有人知道，Web開發(fā)人員則更少有人知道了。一旦他建了該類的實例，每隔一個指定的時間，Timer類就會從線程池中的一個線程中調(diào)用指定的回調(diào)函數(shù)。這意味著你的asp.net應(yīng)用程序可以在沒有請求的時候也可以運行。這就是后以處理的解決方案。你就可以讓做索引和發(fā)郵件工作在后臺運行，而不是在每次請求的時候必須執(zhí)行。
后臺運行的技術(shù)有兩個問題，第一是，當(dāng)你的應(yīng)用程序域卸載后，Timer類實例就會停止運行了。也就是不會調(diào)用回調(diào)方法了。另外，因為CLR的每個進程中都有許多的線程在運行，你將很難讓Timer獲得一個線程來執(zhí)行它，或者能執(zhí)行它，但會延時。Asp.net層要盡量少的使用這種技術(shù)，以減少進程中線程的數(shù)量，或者只讓請求用一小部分的線程。當(dāng)然如果你有大量的異步工作的話，那就只能用它了。
這里沒有足夠的空間有貼代碼，你可以從http://www.rob-howard.net/中下載示例程序，請下載Blackbelt TechEd 2004的示例程序。
七、 頁面輸出緩存和代理服務(wù)
ASP.NET是你的界面層（或者說應(yīng)該是），它包含頁面，用戶控件，服務(wù)器控件（HttpHandlers 和HttpModules）以及它們生成的內(nèi)容。如果你有一個Asp.net頁面用來輸出html，xml,imgae或者是其它的數(shù)據(jù)，對每一個請求你都用代碼來生成相同的輸出內(nèi)容，你就很有必要考慮用頁面輸出緩存了。
你只要簡單的把下面的這一行代碼復(fù)制到你的頁面中就可以實現(xiàn)了：
你就可以有效的利用第一次請求里生成的頁面輸出緩存內(nèi)容，60秒后重新生成一道頁面內(nèi)容。這種技術(shù)其實也是運用一些低層的Cache API來實現(xiàn)。用頁面輸出緩存有幾個參數(shù)可以配置，如上面所說的VaryByParams參數(shù)，該參數(shù)表示什么時候觸發(fā)重輸出的條件，也可以指定在Http Get或Http Post 請求模式下緩存輸出。例如當(dāng)我們設(shè)置該參數(shù)為VaryByParams=”Report”的時候，default.aspx?Report=1或者default.aspx?Report=2請求的輸出都會被緩存起來。參數(shù)的值可以是多個用分號隔開參數(shù)。
許多人都沒有意識到當(dāng)用頁面輸出緩存的時候，ASP.NET軟件開發(fā)中也會生成HTTP頭集（HTTP Header）保存在下游的緩存服務(wù)器中，這些信息可以用于Microsoft Internet安全性中以及加速服務(wù)器的響應(yīng)速度。當(dāng)HTTP緩存的頭被重置時，請求的內(nèi)容會被緩在網(wǎng)絡(luò)資源中，當(dāng)客戶端再次請求該內(nèi)容時，就不會再從源服務(wù)器上獲得內(nèi)容了，而直接從緩存中獲得內(nèi)容。
雖然用頁面輸出緩存不提高你的應(yīng)用程序性能，但是它能減少了從的服務(wù)器中加載已緩存頁面內(nèi)容的次數(shù)。當(dāng)然，這僅限于緩存匿名用戶可以訪問的頁面。因為一旦頁面被緩存后，就不能再執(zhí)行授權(quán)操作了。
八、 用IIS6.0的Kernel Caching
如果你的應(yīng)用程序沒用運行在IIS6.0(windows server 2003)中，那么你就失去了一些很好的提高應(yīng)用程序性能的方法。在第七個方法中，我講了用頁面輸出緩存提高應(yīng)用程序的性能的方法。在IIS5.0中，當(dāng)一個請求到來到IIS后，IIS會把它轉(zhuǎn)給asp.net，當(dāng)應(yīng)用了頁面輸出緩存時，ASP.NET中的HttpHandler會接到該請求，HttpHandler從緩存中把內(nèi)容取出來并返回。
如果你用的是IIS6.0，它有一個非常好的功能就是Kernel Caching，而且你不必修改asp.net程序中任何代碼。當(dāng)asp.net接到一個已緩存的請求，IIS的Kernel Cache會從緩存中得到它的一份拷貝。當(dāng)從網(wǎng)絡(luò)中傳來一個請求的時，Kernel層會得到該請求，如果該請求被緩存起來了，就直接把緩存的數(shù)據(jù)返回，這樣就完工了。這就意味著當(dāng)你用IIS的Kernel Caching來緩存頁面輸出時，你將獲得不可置信的性能提升。在開發(fā)VS.NET 2005的 asp.net時有一點，我是專門負asp.net性能的程序經(jīng)理，我的程序員用了這個方法，我看了所有日報表數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)用kernel model caching的結(jié)果總是最快的。它們的一個共同的特征就是網(wǎng)絡(luò)的請求和響應(yīng)量很大,但IIS只占用了5%的CPU資源。這是令人驚奇的。有許多讓你使用用IIS6.0的理由，但kernel cashing是最好的一個。
九、 用Gzip壓縮數(shù)據(jù)
除非你的CPU占用率太高了，才有必要用提升服務(wù)器性能的技巧。用gzip壓縮數(shù)據(jù)的方法可以減少你發(fā)送到服務(wù)端的數(shù)據(jù)量，也可以提高頁面的運行速度，同時也減少了網(wǎng)絡(luò)的流量。怎么樣更好的壓縮數(shù)據(jù)取決于你要發(fā)送的數(shù)據(jù)，還有就是客戶端的瀏覽器支不支持（IIS把用gzip壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端，客戶端要支持gzip才能解析，IE6.0和Firefox都支持）。這樣你的服務(wù)器每秒能多響應(yīng)一些請求，同樣，你也減少了發(fā)送響應(yīng)的數(shù)據(jù)量，也就能多發(fā)送一些請求了。
好消息，gzip壓縮已經(jīng)被集成在IIS6.0中了，它比IIS5.0中g(shù)zip更好。不幸的是，在IIS6.0中啟用gzip壓縮，你不能在IIS6.0的屬性對話中設(shè)置。IIS開發(fā)團隊把gzip壓縮功能開發(fā)出來了，但他們卻忘了在管理員窗口中讓管理員能很方便的啟用它。要啟用gzip壓縮，你只能深入IIS6.0的xml配置文件中修改它的配置。
除了閱讀本文以外，只好再看看Brad Wilson寫的《IIS6 壓縮》一文（http://www.dotnetdevs.com/articles/IIS6compression.aspx）；另外還有一篇介紹aspx壓縮基礎(chǔ)知識的文章，Enable ASPX Compression in IIS。但是要注意，在IIS6中動態(tài)壓縮和kernel cashing是互斥的。
十、 服務(wù)器控件的ViewState
ViewState是asp.net中的一個特性，它用于把生成頁面要用的一狀態(tài)值保存在一個隱藏域中。當(dāng)頁面被回傳到服務(wù)器時，服務(wù)器要解析，校驗和應(yīng)用ViewState中的數(shù)據(jù)以還原頁面的控件樹。ViewState是一個非常有用的特性，它能持久化客戶端的狀態(tài)而不用cookie或者服務(wù)器的內(nèi)存。大部分的服務(wù)器控件都是用ViewState來持久化那些在頁面中與用戶交互的元素的狀態(tài)值。例如，用以保存用于分頁的當(dāng)前頁的頁碼。
用ViewState會帶來一些負面的影響。首先，它加大的服務(wù)器的響應(yīng)和請求的時間。其次，每次回傳時都增加了序列化和反序列化數(shù)據(jù)的時間。最后，它還消耗了服務(wù)器更多的內(nèi)存。
許多的服務(wù)器控件很趨于使用ViewState，如眾所周知的DataGrid，而有時候是沒有必須使用的。默認情況下是允許使用ViewState的，如果你不想使用ViewState的話，你可以在控件或頁面級別把關(guān)閉它。在控件中，你只要把EnableViewState屬性設(shè)為False就可以了；你也可以在頁面中設(shè)置，使它的范圍擴展到整個頁面中：
如果頁面無需回傳或者每次請求頁面只是呈現(xiàn)控件。你就應(yīng)該在頁面級別中把ViewState關(guān)掉。
ASP.NET軟件開發(fā)總結(jié)
我只是提供我?guī)讉€我認為有助于提高寫高性能的ASP.NET軟件開發(fā)的技巧，本文提到的提高ASP.NET性能的技巧只是一個起步，更多的信息請參考《Improving ASP.NET Performance》一書。只有通過自己的實踐，你才能找到對你的項目最有幫助的技巧。然而，在你的開發(fā)旅程中，這些技巧可以起一些指導(dǎo)性的作用。在軟件開發(fā)中，這些都不是絕對有用的，因為各個項目都不一樣。
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