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缓存

在程序中，缓存是一个高速数据存储层，其中存储了数据子集，且通常是短暂性存储，这样日后再次请求此数据时，速度要比访问数据的主存储位置快。通过缓存，可以高效地重用之前检索或计算的数据。

为什么要用缓存

场景

在Java应用中，对于访问频率高，更新少的数据，通常的方案是将这类数据加入缓存中，相对从数据库中读取，读缓存效率会有很大提升。

在集群环境下，常用的分布式缓存有Redis、Memcached等。但在某些业务场景上，可能不需要去搭建一套复杂的分布式缓存系统，在单机环境下，通常是会希望使用内部的缓存(LocalCache)。

方案

基于JSR107规范自研

基于ConcurrentHashMap实现数据缓存

JSR107规范目标

为应用程序提供缓存Java对象的功能。

定义了一套通用的缓存概念和工具。

最小化开发人员使用缓存的学习成本。

最大化应用程序在使用不同缓存实现之间的可移植性。

支持进程内和分布式的缓存实现。

JSR107规范核心概念

Java Caching定义了5个核心接口，分别是CachingProvider, CacheManager, Cache, Entry 和 Expiry。

CachingProvider定义了创建、配置、获取、管理和控制多个CacheManager。一个应用可以在运行期访问多个CachingProvider。

CacheManager定义了创建、配置、获取、管理和控制多个唯一命名的Cache，这些Cache存在于- CacheManager的上下文中。一个CacheManager仅被一个CachingProvider所拥有。

Cache是一个类似Map的数据结构并临时存储以Key为索引的值。一个Cache仅被一个CacheManager所拥有。

Entry是一个存储在Cache中的key-value对。

每一个存储在Cache中的条目有一个定义的有效期，即Expiry Duration。

一旦超过这个时间，条目为过期的状态。一旦过期，条目将不可访问、更新和删除。缓存有效期可以通过ExpiryPolicy设置。

小例子

使用Map来实现一个简单的缓存功能

MapCacheDemo.java

package me.xueyao.cache.java;

import java.lang.ref.SoftReference;

import java.util.Optional;

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**

* @author simon

* 用map实现一个简单的缓存功能

*/

public class MapCacheDemo {

/**

* 使用 ConcurrentHashMap，线程安全的要求。

* 我使用SoftReference 作为映射值，因为软引用可以保证在抛出OutOfMemory之前，如果缺少内存，将删除引用的对象。

* 在构造函数中，我创建了一个守护程序线程，每5秒扫描一次并清理过期的对象。

*/

private static final int CLEAN_UP_PERIOD_IN_SEC = 5;

private final ConcurrentHashMap> cache = new ConcurrentHashMap<>();

public MapCacheDemo() {

Thread cleanerThread = new Thread(() -> {

while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {

try {

Thread.sleep(CLEAN_UP_PERIOD_IN_SEC * 1000);

cache.entrySet().removeIf(entry ->

Optional.ofNullable(entry.getValue())

.map(SoftReference::get)

.map(CacheObject::isExpired)

.orElse(false));

} catch (InterruptedException e) {

Thread.currentThread().interrupt();

}

}

});

cleanerThread.setDaemon(true);

cleanerThread.start();

}

public void add(String key, Object value, long periodInMillis) {

if (key == null) {

return;

}

if (value == null) {

cache.remove(key);

} else {

long expiryTime = System.currentTimeMillis() + periodInMillis;

cache.put(key, new SoftReference<>(new CacheObject(value, expiryTime)));

}

}

public void remove(String key) {

cache.remove(key);

}

public Object get(String key) {

return Optional.ofNullable(cache.get(key)).map(SoftReference::get).filter(cacheObject -> !cacheObject.isExpired()).map(CacheObject::getValue).orElse(null);

}

public void clear() {

cache.clear();

}

public long size() {

return cache.entrySet().stream().filter(entry -> Optional.ofNullable(entry.getValue()).map(SoftReference::get).map(cacheObject -> !cacheObject.isExpired()).orElse(false)).count();

}

/**

* 缓存对象value

*/

private static class CacheObject {

private Object value;

private long expiryTime;

private CacheObject(Object value, long expiryTime) {

this.value = value;

this.expiryTime = expiryTime;

}

boolean isExpired() {

return System.currentTimeMillis() > expiryTime;

}

public Object getValue() {

return value;

}

public void setValue(Object value) {

this.value = value;

}

}

}

代码测试类MapCacheDemoTests.java

package me.xueyao.cache.java;

public class MapCacheDemoTests {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

MapCacheDemo mapCacheDemo = new MapCacheDemo();

mapCacheDemo.add("uid_10001", "{1}", 5 * 1000);

mapCacheDemo.add("uid_10002", "{2}", 5 * 1000);

mapCacheDemo.add("uid_10003", "{3}", 5 * 1000);

System.out.println("从缓存中取出值:" + mapCacheDemo.get("uid_10001"));

Thread.sleep(5000L);

System.out.println("5秒钟过后");

System.out.println("从缓存中取出值:" + mapCacheDemo.get("uid_10001"));

// 5秒后数据自动清除了~

}

}