今天小編給大家分享一篇Ruby on Rails中緩存機(jī)制的深度解析，感興趣的朋友跟小編一起來了解一下吧!

　　幾個(gè)場景

　　首先，讓我先來帶您瀏覽幾個(gè) ChangingThePresent.org 中的頁面吧。我將顯示站點(diǎn)中幾個(gè)需要緩存的地方。然后，再指出我們?yōu)槠渲忻總€(gè)地方所做出的選擇以及為實(shí)現(xiàn)這些頁面所使用的代碼或策略。尤其會重點(diǎn)討論如下內(nèi)容：

　　全靜態(tài)頁面

　　幾乎無變化的全動態(tài)的頁面

　　動態(tài)頁面片段

　　應(yīng)用程序數(shù)據(jù)

　　先來看看靜態(tài)頁面。幾乎每個(gè)站點(diǎn)都會有靜態(tài)頁面，如圖 1 所示，其中還有我們的條款和條件。可以通過單擊 register 然后再選擇是否接受用戶協(xié)議來瀏覽相應(yīng)頁面。對于 ChangingThePresent 而言，我們從此頁中刪除了所有動態(tài)內(nèi)容以便 Apache 能夠?qū)λM(jìn)行緩存。按照我們 Apache 中配置的規(guī)則，這些內(nèi)容永遠(yuǎn)都不會由 Rails 服務(wù)器生成。因此，我根本無需對其考慮 Rails 緩存。

　　圖 1. 用戶協(xié)議

　　接下來，再來看看全動態(tài)頁面。理論上講，ChangingThePresent 可以有一些動態(tài)構(gòu)建的頁面，但是這些頁面一般很少變化。由于幾乎所有頁面都會顯示用戶是否登錄，因此我們并不怎么關(guān)注這種緩存。

　　再下來，看看頁面分段緩存。圖 2 中所示的主頁原來是完全靜態(tài)的，現(xiàn)在，有一些元素變成了動態(tài)的。每天，頁面都會顯示一系列禮物，這些禮物有的是隨機(jī)選的，有的則由我們的管理員選定。請注意在標(biāo)題為 “A Few of our Special Gifts for Mother's Day” 節(jié)下的那些禮物，同時(shí)也請注意在最右邊顯示為 “l(fā)ogin.” 的那個(gè)鏈接。此鏈接取決于用戶是否登錄。我們不能緩存整個(gè)頁。頁面每天只能改變一次。

　　圖 2. 主頁

　　最后再考慮應(yīng)用程序。除非是在 15 年之前進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)沖浪，否則您現(xiàn)在遇到的有趣站點(diǎn)全部都是動態(tài)的。現(xiàn)代的應(yīng)用程序大都分層，而且可以通過在層間添加緩存來使這些分層更加有效。ChangingThePresent 在數(shù)據(jù)庫層采用了一些緩存。接下來，我將深入討論不同類型的緩存，還會介紹我們?yōu)?ChangingThePresent 都采用了何種緩存。

　　緩存靜態(tài)內(nèi)容

　　Mongrel 是一種 Web 服務(wù)器，由 Zed Shaw 利用 2500 行 Ruby 和 C 編寫而成。這個(gè)小型的服務(wù)器占用內(nèi)存極少，非常適合 Ruby Web 應(yīng)用程序，例如 Rails、Nitro、Iowa 等等。Mongrel 可運(yùn)行于 UNIX? 和 Linux? 上，也可運(yùn)行在 Win32 上。Mongrel 也經(jīng)常可以作為代理運(yùn)行在另一個(gè) Web 服務(wù)器(例如 Apache 或 Litespeed)的后端，但這不是必需的 —— 因?yàn)?Mongrel 是一種 HTTP 服務(wù)器，可以與所有您偏好的 HTTP 工具結(jié)合使用。

　　除了圖像之外，有關(guān)緩存靜態(tài)數(shù)據(jù)的內(nèi)容，可講的內(nèi)容不多。由于我們的網(wǎng)站是一個(gè)慈善性質(zhì)的門戶網(wǎng)站，這意味著我們需要更多地關(guān)注用戶的感受，比如多加入一些圖像或視頻。但我們的 Web 服務(wù)器 Mongrel 并不能很好地服務(wù)靜態(tài)數(shù)據(jù)，因此我們使用 Apache 來服務(wù)圖像內(nèi)容。

　　我們現(xiàn)在正在著手轉(zhuǎn)向采用圖形加速器 Panther Express 來緩存最經(jīng)常被使用的圖像以使其能夠更快地被我們的客戶訪問到。要采取這種策略，我們將需要一個(gè)子域 images.changingThePresent.org。Panther Express 直接在圖像的本地緩存中提供圖像服務(wù)，然后再向我們發(fā)送請求。由于 Panther 服務(wù)并不知道我們何時(shí)會更改圖像，所以我們使用 HTTP 報(bào)頭來使其到期失效，如下所示：

　　HTTP 緩存失效報(bào)頭

　　HTTP/1.1 200 OK

　　Cache-Control: max-age=86400, must-revalidate

　　Expires: Tues, 17 Apr 2007 11:43:51 GMT

　　Last-Modified: Mon, 16 Apr 2007 11:43:51 GMT

　　注意這些不是 HTML 報(bào)頭。它們與 Web 頁面內(nèi)容獨(dú)立構(gòu)建。Web 服務(wù)器將負(fù)責(zé)構(gòu)建這些 HTTP 報(bào)頭。像這樣一篇有關(guān) Rails 的文章系列若詳細(xì)介紹 Web 服務(wù)器配置，未免有點(diǎn)偏題，所以我將直接切入可用 Rails 框架進(jìn)行控制的緩存內(nèi)容這一主題(有關(guān) Web 服務(wù)器配置的更多內(nèi)容，請參見 參考資料 中的相關(guān)鏈接)。

　　頁面緩存

　　如果動態(tài)頁面不經(jīng)常更改，可以使用頁面級的緩存。比如，Blog 和公告牌使用的就是這種緩存。通過頁面緩存，Rails 就可以用來構(gòu)建動態(tài) HTML 頁，并將此頁存儲在公共目錄，這樣，應(yīng)用程序服務(wù)器就可以像服務(wù)其他靜態(tài)頁面一樣來服務(wù)這個(gè)動態(tài)頁。

　　如果頁面已經(jīng)被緩存，那么就不需要引入 Rails，頁面緩存是 Rails 內(nèi)速度最快的一種緩存。在最底層，頁面緩存實(shí)際上在 Rails 中非常容易實(shí)現(xiàn)。頁面和分段緩存二者均在控制器級別發(fā)生。您需要告知 Rails 如下內(nèi)容：

　　想要緩存哪些頁面?

　　當(dāng)頁面內(nèi)容更改時(shí)，您如何能在緩存中讓該頁面到期失效?

　　可以通過在控制器類中使用 caches_page 指令來啟用頁面緩存。例如，若要在 about_us_controller 緩存 privacy_policy 和 user_agreement 頁面，可以輸入如下代碼：

　　清單 2. 啟用頁面緩存

　　class AboutController

　　caches_page :privacy_policy, :user_agreement

　　end

　　讓頁面到期失效則可以通過 expire_page 指令來實(shí)現(xiàn)。若要在 Rails 調(diào)用 new_pages 動作時(shí)使上述頁面到期失效，可以使用如下代碼：

　　清單 3. 使頁面失效

　　class AboutController

　　caches_page :privacy_policy, :user_agreement

　　def new_pages

　　expire_page :action => :privacy_policy

　　expire_page :action => :user_agreement

　　end

　　end

　　另外，有幾個(gè)小問題需要注意，比如 URL。URL 不能依賴于 URL 參數(shù)。例如，應(yīng)該使用 gifts/water/1 而非 gifts/water?page=1。在 routes.rb 中使用這類 URL 將非常容易。比如，我們的頁面中總是有一個(gè)選項(xiàng)卡參數(shù)用來顯示哪個(gè)選項(xiàng)卡被當(dāng)前選中。若要將此選項(xiàng)卡作為 URL 的一部分，我們會有如下的路由規(guī)則：

　　清單 4. 選項(xiàng)卡的路由規(guī)則

　　復(fù)制代碼 代碼如下:

　　map.connect 'member/:id/:tab', :controller => 'profiles', :action => 'show'

　　對于具有頁面參數(shù)的那些列表以及依賴于 URL 參數(shù)的其他頁面，也需要采用相同的做法。此外，還需要考慮安全性問題。

　　如果頁面已經(jīng)在緩存內(nèi)，那么就不會用到 Rails 框架，服務(wù)器并不能為您管理安全性。Web 服務(wù)器將更樂于在緩存內(nèi)呈現(xiàn)任何頁面，而不管用戶是否對其擁有查看的權(quán)限。所以，如果您很關(guān)心頁面可由誰查看，那么就不要使用頁面緩存。

　　如果只是想緩存簡單的靜態(tài)頁面，那么了解上述內(nèi)容就應(yīng)該足夠了。只要內(nèi)容簡單，實(shí)現(xiàn)起來就不難。

　　當(dāng)想要緩存更為復(fù)雜的內(nèi)容時(shí)，就需要進(jìn)行一些權(quán)衡取舍了。由于想要緩存的頁面高度動態(tài)，所以到期失效邏輯就會變得更加復(fù)雜。要處理復(fù)雜的到期失效邏輯，將需要編寫和配置定制清理器(sweeper)。在某些控制器擊發(fā)時(shí)，這些類會從緩存內(nèi)刪除選定的元素。

　　多數(shù)定制清理器都會觀察某些模型對象，并根據(jù)更改擊發(fā)邏輯來使一個(gè)或多個(gè)緩存頁面到期失效。清單 5 顯示了一種典型的緩存清理器。在此清理器中，開發(fā)人員可以定義一個(gè)活動記錄事件，比如 after_save。當(dāng)此事件擊發(fā)時(shí)，清理器也會擊發(fā)，并可讓緩存內(nèi)的特定頁面到期失效。這個(gè)事例所顯示的到期失效基于 expire_page 方法。而很多嚴(yán)格的應(yīng)用程序大都直接使用 Ruby 優(yōu)秀的文件系統(tǒng)實(shí)用工具來顯式地刪除所緩存的頁面。

　　清單 5. 一個(gè)典型的觀察器

　　class CauseController

　　cache_sweeper :cause_sweeper

　　...

　　class CauseSweeper

　　observe Cause

　　def after_save(record)

　　expire_page(:controller => 'causes', :action => 'show',

　　:id => record.id)

　　cause.nonprofits.each do |nonprofit|

　　expire_page(:controller => 'nonprofits', :action => 'show',

　　:id => nonprofit.id)

　　end

　　end

　　end

　　現(xiàn)在，您可能會開始感覺到頁面緩存的些許缺點(diǎn)了：復(fù)雜性。您雖然可以很好地進(jìn)行頁面級的緩存，但固有的復(fù)雜性卻讓應(yīng)用程序很難測試，進(jìn)而會增加系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn) bug 的可能性。而且，如果頁面針對每個(gè)用戶都會有所不同，或者希望緩存進(jìn)行過身份驗(yàn)證的頁面，那么將需要使用頁面緩存之外的方式。對于 ChangingThePresent，我們必須處理兩種情況，原因是我們必須基于用戶是否登錄來更改基本布局上的鏈接。對于大多數(shù)頁面，我們甚至都不會考慮使用頁面級緩存。為了讓您能夠深入了解頁面級的緩存，在本文的 參考資料 部分，我特意給出了到一系列有關(guān)頁面級緩存的優(yōu)秀文章的鏈接。接下來，將來深入探究另一種形式的整頁緩存 —— 動作緩存。

　　動作緩存

　　至此，您已經(jīng)了解了頁面緩存的主要的優(yōu)勢及主要的缺點(diǎn)：對于多數(shù)頁面檢索而言，根本無需考慮使用 Rails。頁面緩存的優(yōu)勢是速度快。缺點(diǎn)是缺少靈活性。如果想要基于應(yīng)用程序內(nèi)的條件 — 例如，身份認(rèn)證 — 來緩存整個(gè)頁面，那么可以使用動作緩存。

　　動作緩存與頁面緩存的工作方式大體相同，但在流程上稍有差別。Rails 在呈現(xiàn)動作前會實(shí)際調(diào)用控制器。如果由該動作呈現(xiàn)的頁面已經(jīng)存在于緩存內(nèi)，那么 Rails 就會在緩存內(nèi)呈現(xiàn)頁面而不是重新加以呈現(xiàn)。由于現(xiàn)在使用了 Rails，因此動作緩存的速度要比頁面緩存慢一些，但其優(yōu)點(diǎn)還是很明顯的。幾乎所有的 Rails 認(rèn)證模式都會在控制器上使用 before 過濾器。動作緩存讓您能夠利用認(rèn)證及控制器上的任何過濾器。

　　從語句構(gòu)成的角度來看，動作緩存與頁面緩存也應(yīng)該十分類似，只有指令不太一樣。清單 6 顯示了如何使用 caches_action 指令。

　　清單 6. 啟用動作緩存

　　class AboutController

　　caches_action :secret_page, :secret_list

　　end

　　緩存到期失效以及清理器的工作方式也應(yīng)該相同。我們不使用動作緩存的原因與我們不使用頁面緩存的原因是一樣的，但分段緩存對我們來說更重要一些。

　　緩存頁面分段

　　借助部分緩存，可以緩存頁面的一部分，所緩存的內(nèi)容很多時(shí)候都是布局之類的。要使用分段緩存，開發(fā)人員需要先確定分段，方法是通過在 Web 頁面上直接放上 rhtml 指令來包圍一塊內(nèi)容，如清單 7 所示。在 ChangingThePresent.org 上，我們使用分段緩存來緩存首頁和其他的幾頁。所有的這些頁均使用了數(shù)據(jù)庫密集訪問而且大都是我們最受歡迎的頁面。

　　清單 7. 確定緩存分段

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　　can achieve together.

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　　...

　　在清單 7 中，cache 幫助程序標(biāo)識所要緩存的分區(qū)。第一個(gè)參數(shù)是標(biāo)識此緩存分區(qū)的惟一名稱。第二個(gè)參數(shù)包含代碼塊 — 即第一個(gè) do 和最后一個(gè) end 之間的代碼 — 此代碼塊準(zhǔn)確地確定了要緩存的 RHTML 分區(qū)。

　　我們的網(wǎng)站只有一個(gè)主頁，所以命名這個(gè)頁面非常容易。在其他地方，我們使用一種特定的方法來決定此網(wǎng)頁的 URL 以便惟一標(biāo)識緩存分段。例如，當(dāng)我們?yōu)樘囟ǖ膬?nèi)容(比如世界和平或減少貧困)而進(jìn)行代碼緩存時(shí)，我們需要使用清單 8 中的代碼。代碼會為之尋找永久 url，也稱為 permalink。

　　清單 8. 通過 URL 標(biāo)識緩存分段

　　通常，當(dāng)緩存單獨(dú)頁面時(shí)，需要用清理器使之過期失效。有時(shí)，使用簡單的基于時(shí)間的對象過期更為容易和簡潔。默認(rèn)地，Rails 并不提供這類機(jī)制，但有一種插件名為 timed_fragment_cache 可以實(shí)現(xiàn)這一目的。借助這個(gè)插件，我可以指定超時(shí)，可以在緩存了的內(nèi)容中指定，也可以在為此頁提供了動態(tài)數(shù)據(jù)的控制器代碼中指定。例如，清單 9 所示的代碼就可以為此頁面構(gòu)建動態(tài)數(shù)據(jù)。when_fragment_expired 方法只有在相關(guān)的緩存分段過期時(shí)才會執(zhí)行。此方法接受參數(shù)，用來指定超時(shí)的時(shí)長，它還接受一個(gè)代碼塊，用來指定當(dāng)內(nèi)容過期時(shí)哪些內(nèi)容需要重建。我也可以選擇在 rhtml 頁面中指定超時(shí)和緩存方法，但我更愿意使用基于控制器的方法。

　　清單 9. 基于時(shí)間的緩存到期

　　def index

　　when_fragment_expired 'causes_list', 15.minutes.from_now do

　　@causes = Cause.find_all_ordered

　　end

　　end

　　如果能夠容忍數(shù)據(jù)稍微有些陳舊，那么使用定時(shí)的到期機(jī)制將可以極大地簡化緩存策略。對于每個(gè)被緩存的元素，只需指定想要緩存的內(nèi)容、可生成動態(tài)內(nèi)容的任何控制器動作以及超時(shí)。與頁面緩存類似，如果需要，也可以使用 expire_fragment :controller => controller, :action => action, :id => id 方法顯式讓內(nèi)容到期。此方法的工作方式與緩存動作和緩存頁面的到期失效是一樣的。接下來，我將介紹如何配置此后端。

　　Memcached

　　至此為止，我已經(jīng)介紹了 Ruby on Rails 的頁面和分段緩存模型。看過了 API 之后，現(xiàn)在就可以定義緩存后的數(shù)據(jù)的去處了。默認(rèn)地，Rails 將把緩存后的頁面放入文件系統(tǒng)。緩存后的頁面和動作都會進(jìn)入公共目錄。可以配置緩存后的分段的存儲位置。為此，需要用到內(nèi)存存儲、文件系統(tǒng)(在所定義的目錄)、數(shù)據(jù)庫或稱為 memcached 的服務(wù)。對于 ChangingThePresent.org，我們使用 memcached。

　　可以將 Memcached 想象為一個(gè)大型的 hash 圖，這個(gè)圖可通過網(wǎng)絡(luò)獲得。基于內(nèi)存的緩存速度快，而基于網(wǎng)絡(luò)的緩存的可伸縮性比較好。有了插件支持，Rails 就可使用 memcached 來緩存分段和 ActiveRecord 模型。要使用它，需要安裝 memcached(更多信息，請參看 參考資料)并在 environment.rb(或其他的環(huán)境配置文件，比如 production.rb)對它進(jìn)行配置。

　　清單 10. 配置緩存

　　config.action_controller.perform_caching = true

　　memcache_options = {

　　:c_threshold => 10_000,

　　:compression => false,

　　:debug => false,

　　:readonly => false,

　　:urlencode => false,

　　:ttl => 300,

　　:namespace => 'igprod',

　　:disabled => false

　　}

　　CACHE = MemCache.new memcache_options

　　清單 10 顯示了一種典型的配置，其中第一行 config.action_controller.perform_caching = true 將啟用緩存。接下來的一行將準(zhǔn)備緩存選項(xiàng)。注意，這里的諸多選項(xiàng)是為了讓您可以獲得更多的調(diào)試數(shù)據(jù)、禁用緩存和定義該緩存的名稱空間。在 參考資料 部分給出的 memcached 站點(diǎn)可以找到有關(guān)配置選項(xiàng)的更多信息。

　　模型緩存

　　我們使用的最后一種緩存是基于模型的緩存。我們使用的是稱為 CachedModel 的緩存插件的一種定制版本。模型緩存實(shí)際上是一種有限形式的數(shù)據(jù)庫緩存。緩存很容易按模型啟用。

　　要想讓模型使用緩存解決方案，只需擴(kuò)展 CachedModel 類，而非擴(kuò)展 ActiveRecord，如清單 11 所示。 CachedModel 擴(kuò)展 ActiveRecord::Base。ActiveRecord 并非全對象關(guān)系型映射層。此框架極大地依賴于 SQL 來執(zhí)行復(fù)雜的特性，而且如果需要，用戶可以很容易降至 SQL。直接使用 SQL 會使緩存出問題，因?yàn)榫彺鎸颖仨毺幚硗暾慕Y(jié)果集，而不是單獨(dú)一個(gè)數(shù)據(jù)庫行。處理完整的結(jié)果集常常會問題不斷，而且如果沒有支持應(yīng)用程序的深層邏輯，這幾乎不太可能。正由于這個(gè)原因，CachedModel 的焦點(diǎn)才會放到緩存單個(gè)模型對象上，并只加速返回單行結(jié)果的查詢。

　　清單 11. 使用 CachedModel

　　Class Cause

　　大多數(shù) Rails 應(yīng)用程序都會重復(fù)訪問多個(gè)條目，例如用戶對象。模型緩存在很多情況下都可以明顯地使速度加快。對于 ChangingThePresent，我們剛剛開始加速基于模型的緩存。

　　結(jié)束語

　　Ruby 雖然是一門生產(chǎn)率極高的語言，但若從性能角度考慮，該語言解釋性的特性讓它并不那么理想。大多數(shù)主要的 Rails 應(yīng)用程序都將會通過有效利用緩存來彌補(bǔ)某些不足。對于 ChangingThePresent.org，我們主要使用分段緩存，并通過控制器使用基于時(shí)間的方法來使緩存分段到期失效。這種方式很適合我們的網(wǎng)站，即使其中有一些頁面會基于登錄進(jìn)來的用戶有所變化。

　　我們還研究了使用受 memcached 支撐的 CachedModel 類所能帶來的影響。雖然我們的研究還僅限于緩存對數(shù)據(jù)庫性能所造成的影響，但早期的結(jié)果還是很有希望的。在 下一篇 文章中，我將介紹一些實(shí)用技巧，您可以使用這些技巧來為另一個(gè)真實(shí)世界中的 Rails 示例進(jìn)行數(shù)據(jù)庫優(yōu)化。

　　以上就是Ruby on Rails中緩存機(jī)制的深度解析了，想必都了解了吧，更多相關(guān)內(nèi)容請繼續(xù)關(guān)注武林技術(shù)頻道。