Java内存缓存-通过Map定制简单缓存

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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 <Object> 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<String, SoftReference<CacheObject>> 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) {

  }

  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) {

  }

  }

  }

  代码测试类MapCacheDemoTests.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");

  // 5秒后数据自动清除了~

  }

  }

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小码农薛尧

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