In-depth analysis of the caching function in PHP's Yii framework, yii framework_PHP tutorial

In-depth analysis of the caching function in PHP's Yii framework. The yii framework

Data caching refers to storing some PHP variables in the cache and retrieving them from the cache when used. It is also the basis for more advanced caching features, such as query caching and content caching.

The following code is a typical data cache usage pattern. Where $cache points to the cache component:

// 尝试从缓存中取回 $data 
$data = $cache->get($key);

if ($data === false) {

  // $data 在缓存中没有找到，则重新计算它的值

  // 将 $data 存放到缓存供下次使用
  $cache->set($key, $data);
}

// 这儿 $data 可以使用了。

Cache component

Data caching requires support from the cache component, which represents various cache memories, such as memory, files, and databases.

Cache components are usually registered as application components so that they can be configured and accessed globally. The following code demonstrates how to configure the application component cache to use two memcached servers:

'components' => [
  'cache' => [
    'class' => 'yii\caching\MemCache',
    'servers' => [
      [
        'host' => 'server1',
        'port' => 11211,
        'weight' => 100,
      ],
      [
        'host' => 'server2',
        'port' => 11211,
        'weight' => 50,
      ],
    ],
  ],
],

Then you can access the above cache component through Yii::$app->cache.

Since all cache components support the same series of APIs, there is no need to modify the business code that uses the cache to directly replace it with other underlying cache components. It only needs to be reconfigured in the application configuration. For example, you can modify the above configuration to use yiicachingApcCache:

'components' => [
  'cache' => [
    'class' => 'yii\caching\ApcCache',
  ],
],

Tip: You can register multiple cache components. Many classes that rely on cache call the component named cache by default (such as yiiwebUrlManager).
Supported Cache Memory

Yii supports a range of cache memories, as summarized below:

• yiicachingApcCache: Use PHP APC extension. This option can be considered the fastest caching solution in a centralized application environment (e.g. single server, no separate load balancer, etc.).
• yiicachingDbCache: Use a database table to store cached data. To use this cache, you must create a table corresponding to yiicachingDbCache::cacheTable.
• yiicachingDummyCache: only serves as a cache placeholder and does not implement any real caching function. The purpose of this component is to simplify code that needs to query cache validity. For example, in development if the server does not have actual caching support, use it to configure a caching component. After a real cache service is enabled, you can switch to use the corresponding cache component. In both cases you can use the same code Yii::$app->cache->get($key) to try to retrieve the data from the cache without worrying that Yii::$app->cache may be null .
• yiicachingFileCache: Use standard files to store cache data. This is particularly useful for caching large chunks of data, such as an entire page of content.
• yiicachingMemCache: Use PHP memcache and memcached extensions. This option is considered the fastest caching solution in distributed application environments (e.g. multiple servers, load balancing, etc.).
• yiiredisCache: Implements a cache component based on Redis key-value storage (requires the support of redis 2.6.12 and above).
• yiicachingWinCache: Use PHP WinCache (see also) extension.
• yiicachingXCache: Use PHP XCache extension.
• yiicachingZendDataCache: Use Zend Data Cache as the underlying caching medium.
• Tip: You can use different cache memories in the same application. A common strategy is to use a memory-based cache for small, frequently used data (e.g., statistics) and a file- or database-based cache for larger, less frequently used data (e.g., web page content).

Caching API

All caching components have the same base class yiicachingCache, so they all support the following API:

• yiicachingCache::get(): Retrieve a piece of data from the cache through a specified key. If the data does not exist in the cache or has expired/invalidated, the value false is returned.
• yiicachingCache::set(): Specify a key for a piece of data and store it in the cache.
• yiicachingCache::add(): If the key is not found in the cache, the specified data will be stored in the cache.
• yiicachingCache::mget(): Retrieve multiple items of data from the cache by specifying multiple keys.
• yiicachingCache::mset(): Store multiple items of data in the cache, each item of data corresponds to a key.
• yiicachingCache::madd(): Store multiple items of data in the cache, each item of data corresponds to a key. If a key already exists in the cache, the data will be skipped.
• yiicachingCache::exists(): Returns a value indicating whether a key exists in the cache.
• yiicachingCache::delete(): Delete the corresponding value in the cache through a key.
• yiicachingCache::flush(): Delete all data in the cache.
• Some cache memories such as MemCache and APC support retrieving cached values ​​in batch mode, which can save the cost of retrieving cached data. The yiicachingCache::mget() and yiicachingCache::madd() APIs provide support for this feature. If the underlying cache memory does not support this feature, Yii will also emulate the implementation.

Since yiicachingCache implements the PHP ArrayAccess interface, the cache component can also be used like an array. Here are a few examples:

$cache['var1'] = $value1; // 等价于： $cache->set('var1', $value1);
$value2 = $cache['var2']; // 等价于： $value2 = $cache->get('var2');

缓存键

存储在缓存中的每项数据都通过键作唯一识别。当你在缓存中存储一项数据时，必须为它指定一个键，稍后从缓存中取回数据时，也需要提供相应的键。

你可以使用一个字符串或者任意值作为一个缓存键。当键不是一个字符串时，它将会自动被序列化为一个字符串。

定义一个缓存键常见的一个策略就是在一个数组中包含所有的决定性因素。例如，yii\db\Schema 使用如下键存储一个数据表的结构信息。

[
  __CLASS__,       // 结构类名
  $this->db->dsn,     // 数据源名称
  $this->db->username,  // 数据库登录用户名
  $name,         // 表名
];

如你所见，该键包含了可唯一指定一个数据库表所需的所有必要信息。

当同一个缓存存储器被用于多个不同的应用时，应该为每个应用指定一个唯一的缓存键前缀以避免缓存键冲突。可以通过配置 yii\caching\Cache::keyPrefix 属性实现。例如，在应用配置中可以编写如下代码：

'components' => [
  'cache' => [
    'class' => 'yii\caching\ApcCache',
    'keyPrefix' => 'myapp',    // 唯一键前缀
  ],
],

为了确保互通性，此处只能使用字母和数字。

缓存过期

默认情况下，缓存中的数据会永久存留，除非它被某些缓存策略强制移除（例如：缓存空间已满，最老的数据会被移除）。要改变此特性，你可以在调用 yii\caching\Cache::set() 存储一项数据时提供一个过期时间参数。该参数代表这项数据在缓存中可保持有效多少秒。当你调用 yii\caching\Cache::get() 取回数据时，如果它已经过了超时时间，该方法将返回 false，表明在缓存中找不到这项数据。例如：

// 将数据在缓存中保留 45 秒
$cache->set($key, $data, 45);

sleep(50);

$data = $cache->get($key);
if ($data === false) {
  // $data 已过期，或者在缓存中找不到
}

缓存依赖

除了超时设置，缓存数据还可能受到缓存依赖的影响而失效。例如，yii\caching\FileDependency 代表对一个文件修改时间的依赖。这个依赖条件发生变化也就意味着相应的文件已经被修改。因此，缓存中任何过期的文件内容都应该被置为失效状态，对 yii\caching\Cache::get() 的调用都应该返回 false。

缓存依赖用 yii\caching\Dependency 的派生类所表示。当调用 yii\caching\Cache::set() 在缓存中存储一项数据时，可以同时传递一个关联的缓存依赖对象。例如：

// 创建一个对 example.txt 文件修改时间的缓存依赖
$dependency = new \yii\caching\FileDependency(['fileName' => 'example.txt']);

// 缓存数据将在30秒后超时
// 如果 example.txt 被修改，它也可能被更早地置为失效状态。
$cache->set($key, $data, 30, $dependency);

// 缓存会检查数据是否已超时。
// 它还会检查关联的依赖是否已变化。
// 符合任何一个条件时都会返回 false。
$data = $cache->get($key);

下面是可用的缓存依赖的概况：

• yii\caching\ChainedDependency：如果依赖链上任何一个依赖产生变化，则依赖改变。
• yii\caching\DbDependency：如果指定 SQL 语句的查询结果发生了变化，则依赖改变。
• yii\caching\ExpressionDependency：如果指定的 PHP 表达式执行结果发生变化，则依赖改变。
• yii\caching\FileDependency：如果文件的最后修改时间发生变化，则依赖改变。
• yii\caching\GroupDependency：将一项缓存数据标记到一个组名，你可以通过调用 yii\caching\GroupDependency::invalidate() 一次性将相同组名的缓存全部置为失效状态。

查询缓存

查询缓存是一个建立在数据缓存之上的特殊缓存特性。它用于缓存数据库查询的结果。

查询缓存需要一个 yii\db\Connection 和一个有效的 cache 应用组件。查询缓存的基本用法如下，假设 $db 是一个 yii\db\Connection 实例：

$duration = 60;   // 缓存查询结果60秒
$dependency = ...; // 可选的缓存依赖

$db->beginCache($duration, $dependency);

// ...这儿执行数据库查询...

$db->endCache();

如你所见，beginCache() 和 endCache() 中间的任何查询结果都会被缓存起来。如果缓存中找到了同样查询的结果，则查询会被跳过，直接从缓存中提取结果。

查询缓存可以用于 ActiveRecord 和 DAO。

Info: 有些 DBMS （例如：MySQL）也支持数据库服务器端的查询缓存。你可以选择使用任一查询缓存机制。上文所述的查询缓存的好处在于你可以指定更灵活的缓存依赖因此可能更加高效。
配置

查询缓存有两个通过 yii\db\Connection 设置的配置项：

yii\db\Connection::queryCacheDuration: 查询结果在缓存中的有效期，以秒表示。如果在调用 yii\db\Connection::beginCache() 时传递了一个显式的时值参数，则配置中的有效期时值会被覆盖。
yii\db\Connection::queryCache: 缓存应用组件的 ID。默认为 'cache'。只有在设置了一个有效的缓存应用组件时，查询缓存才会有效。
限制条件

当查询结果中含有资源句柄时，查询缓存无法使用。例如，在有些 DBMS 中使用了 BLOB 列的时候，缓存结果会为该数据列返回一个资源句柄。

有些缓存存储器有大小限制。例如，memcache 限制每条数据最大为 1MB。因此，如果查询结果的大小超出了该限制，则会导致缓存失败。

片段缓存

片段缓存指的是缓存页面内容中的某个片段。例如，一个页面显示了逐年销售额的摘要表格，可以把表格缓存下来，以消除每次请求都要重新生成表格的耗时。片段缓存是基于数据缓存实现的。

在视图中使用以下结构启用片段缓存：

if ($this->beginCache($id)) {

  // ... 在此生成内容 ...

  $this->endCache();
}

调用 yii\base\View::beginCache() 和 yii\base\View::endCache() 方法包裹内容生成逻辑。如果缓存中存在该内容，yii\base\View::beginCache() 方法将渲染内容并返回 false，因此将跳过内容生成逻辑。否则，内容生成逻辑被执行，一直执行到 yii\base\View::endCache() 时，生成的内容将被捕获并存储在缓存中。

和[数据缓存]一样，每个片段缓存也需要全局唯一的 $id 标记。

缓存选项

如果要为片段缓存指定额外配置项，请通过向 yii\base\View::beginCache() 方法第二个参数传递配置数组。在框架内部，该数组将被用来配置一个 yii\widget\FragmentCache 小部件用以实现片段缓存功能。

过期时间（duration）

或许片段缓存中最常用的一个配置选项就是 yii\widgets\FragmentCache::duration 了。它指定了内容被缓存的秒数。以下代码缓存内容最多一小时：

if ($this->beginCache($id, ['duration' => 3600])) {

  // ... 在此生成内容 ...

  $this->endCache();
}

如果该选项未设置，则默认为 0，永不过期。

依赖

和[数据缓存]一样，片段缓存的内容一样可以设置缓存依赖。例如一段被缓存的文章，是否重新缓存取决于它是否被修改过。

通过设置 yii\widgets\FragmentCache::dependency 选项来指定依赖，该选项的值可以是一个 yii\caching\Dependency 类的派生类，也可以是创建缓存对象的配置数组。以下代码指定了一个片段缓存，它依赖于 update_at 字段是否被更改过的。

$dependency = [
  'class' => 'yii\caching\DbDependency',
  'sql' => 'SELECT MAX(updated_at) FROM post',
];

if ($this->beginCache($id, ['dependency' => $dependency])) {

  // ... 在此生成内容 ...

  $this->endCache();
}

变化

缓存的内容可能需要根据一些参数的更改而变化。例如一个 Web 应用支持多语言，同一段视图代码也许需要生成多个语言的内容。因此可以设置缓存根据应用当前语言而变化。

通过设置 yii\widgets\FragmentCache::variations 选项来指定变化，该选项的值应该是一个标量，每个标量代表不同的变化系数。例如设置缓存根据当前语言而变化可以用以下代码：

if ($this->beginCache($id, ['variations' => [Yii::$app->language]])) {

  // ... 在此生成内容 ...

  $this->endCache();
}

开关

有时你可能只想在特定条件下开启片段缓存。例如，一个显示表单的页面，可能只需要在初次请求时缓存表单（通过 GET 请求）。随后请求所显示（通过 POST 请求）的表单不该使用缓存，因为此时表单中可能包含用户输入内容。鉴于此种情况，可以使用 yii\widgets\FragmentCache::enabled 选项来指定缓存开关，如下所示：

if ($this->beginCache($id, ['enabled' => Yii::$app->request->isGet])) {

  // ... 在此生成内容 ...

  $this->endCache();
}

缓存嵌套

片段缓存可以被嵌套使用。一个片段缓存可以被另一个包裹。例如，评论被缓存在里层，同时整个评论的片段又被缓存在外层的文章中。以下代码展示了片段缓存的嵌套使用：

if ($this->beginCache($id1)) {

  // ...在此生成内容...

  if ($this->beginCache($id2, $options2)) {

    // ...在此生成内容...

    $this->endCache();
  }

  // ...在此生成内容...

  $this->endCache();
}

可以为嵌套的缓存设置不同的配置项。例如，内层缓存和外层缓存使用不同的过期时间。甚至当外层缓存的数据过期失效了，内层缓存仍然可能提供有效的片段缓存数据。但是，反之则不然。如果外层片段缓存没有过期而被视为有效，此时即使内层片段缓存已经失效，它也将继续提供同样的缓存副本。因此，你必须谨慎处理缓存嵌套中的过期时间和依赖，否则外层的片段很有可能返回的是不符合你预期的失效数据。

译注：外层的失效时间应该短于内层，外层的依赖条件应该低于内层，以确保最小的片段，返回的是最新的数据。
动态内容

使用片段缓存时，可能会遇到一大段较为静态的内容中有少许动态内容的情况。例如，一个显示着菜单栏和当前用户名的页面头部。还有一种可能是缓存的内容可能包含每次请求都需要执行的 PHP 代码（例如注册资源包的代码）。这两个问题都可以使用动态内容功能解决。

动态内容的意思是这部分输出的内容不该被缓存，即便是它被包裹在片段缓存中。为了使内容保持动态，每次请求都执行 PHP 代码生成，即使这些代码已经被缓存了。

可以在片段缓存中调用 yii\base\View::renderDynamic() 去插入动态内容，如下所示：

if ($this->beginCache($id1)) {

  // ...在此生成内容...

  echo $this->renderDynamic('return Yii::$app->user->identity->name;');

  // ...在此生成内容...

  $this->endCache();
}

yii\base\View::renderDynamic() 方法接受一段 PHP 代码作为参数。代码的返回值被看作是动态内容。这段代码将在每次请求时都执行，无论其外层的片段缓存是否被存储。

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