前言

緩存技術(shù)被認(rèn)為是減輕服務(wù)器負(fù)載、降低網(wǎng)絡(luò)擁塞、增強(qiáng)Web可擴(kuò)展性的有效途徑之一，其基本思想是利用客戶訪問的時(shí)間局部性（Temproral Locality）原理， 將客戶訪問過的內(nèi)容在Cache中存放一個(gè)副本，當(dāng)該內(nèi)容下次被訪問時(shí)，不必連接到駐留網(wǎng)站，而是由Cache中保留的副本提供。

在企業(yè)Web應(yīng)用中，通過緩存技術(shù)能夠提高請求的響應(yīng)速度；減少系統(tǒng)IO開銷；降低系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫壓力...

緩存的意義

首先我們要知道，在我們開發(fā)過程中，為什么要使用緩存，緩存能夠?yàn)槲覀儙砟男┖锰帲?/p>

優(yōu)點(diǎn)

• 通過緩存承載系統(tǒng)壓力，減少對系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)資源訪問而引起的性能消耗，在流量較大時(shí)能夠很好地減少系統(tǒng)擁塞
• 緩存一般都是使用存取非?？斓慕M件實(shí)現(xiàn)，通過緩存能夠快速響應(yīng)客戶端請求，從而降低客戶訪問延遲，提審系統(tǒng)響應(yīng)速度
• 在配備負(fù)載均衡的應(yīng)用架構(gòu)中，通過緩存靜態(tài)資源能夠有效減少服務(wù)器負(fù)載壓力
• 當(dāng)下游應(yīng)用故障時(shí)，通過返回緩存數(shù)據(jù)能夠在一定程度上增強(qiáng)應(yīng)用容錯(cuò)性

缺點(diǎn)

• 緩存數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)不一致問題問題
• 高并發(fā)場景時(shí)存在緩存擊穿、緩存穿透、緩存雪崩等問題

總的來說，緩存主要是針對高頻訪問但低頻更新的數(shù)據(jù)，從而加快服務(wù)器響應(yīng)與原資源訪問壓力

Guava Cache是一個(gè)相對比較簡單并且容易理解的本地緩存框架，今天主要以此為開端來認(rèn)識(shí)并學(xué)習(xí)如何使用緩存

Guava Cache特色

本地緩存我們可以簡單的理解為Map，將數(shù)據(jù)保存到Map（內(nèi)存）中，下次使用該數(shù)據(jù)時(shí)，通過key直接從Map中取即可。但是使用Map會(huì)有一些幾個(gè)問題需要考慮：

• 緩存的容量。不可能無限制的對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，當(dāng)數(shù)據(jù)較大時(shí)占用系統(tǒng)資源會(huì)導(dǎo)致主業(yè)務(wù)受影響
• 緩存的清理。有些緩存使用頻率很低，如果一直占用資源也是一種浪費(fèi)
• 并發(fā)訪問時(shí)的效率問題。緩存更新時(shí)瞬時(shí)對系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)資源的訪問導(dǎo)致故障
• 緩存使用情況評估

當(dāng)然以上問題我們通過我們對Map包裝下即可實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然Guava Cache也就是基于這種思想，底層原理則是基于Map實(shí)現(xiàn)，我們看下其有哪些特色：

緩存過期和淘汰機(jī)制

通過設(shè)置Key的過期時(shí)間，包括訪問過期和創(chuàng)建過期；設(shè)置緩存容量大小，采用LRU的方式，選擇最近最久的緩存進(jìn)行刪除。

并發(fā)處理能力

Cache主要基于CurrentHashMap實(shí)現(xiàn)線程安全；通過對key的計(jì)算，基于分段鎖，提高緩存讀寫效率，降低鎖的粒度，提升并發(fā)能力

更新鎖定

在緩存中查詢某個(gè)key，如果不存在，則查源數(shù)據(jù)，并回填緩存。在高并發(fā)下會(huì)出現(xiàn)，多次查詢元數(shù)據(jù)并重復(fù)回填緩存，可能會(huì)造成系統(tǒng)故障，最明顯的DB服務(wù)器宕機(jī)，性能下降等。GuavaCache通過在CacheLoader調(diào)用load方法時(shí)，對同一個(gè)key同一時(shí)刻只會(huì)有一個(gè)請求去讀源數(shù)據(jù)并回填緩存，后面的請求則直接繼續(xù)從緩存讀取，有效阻斷并發(fā)請求對資源服務(wù)的影響。

集成數(shù)據(jù)源

一般我們在業(yè)務(wù)中操作緩存，都會(huì)操作緩存和數(shù)據(jù)源兩部分GuavaCache的get可以集成數(shù)據(jù)源，在從緩存中讀取不到時(shí)可以從數(shù)據(jù)源中讀取數(shù)據(jù)并回填緩存

監(jiān)控統(tǒng)計(jì)

監(jiān)控緩存加載次數(shù)、命中率、失誤率以及數(shù)據(jù)加載時(shí)長等

API介紹

1.緩存構(gòu)建

ManualCache 此時(shí)Cache相當(dāng)于一個(gè)Map，對數(shù)據(jù)進(jìn)行CRUD操作時(shí)，需要同步操作緩存Map; 高并發(fā)情況時(shí)，可以使用get(k,loader)讀緩存，通過Cache鎖機(jī)制，防止對系統(tǒng)資源（DB）的并發(fā)訪問 通過put方法實(shí)現(xiàn)緩存的存入與更新；

LoadingCache 此時(shí)構(gòu)建的是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Cache接口的LoadingCache，相比ManualCache，提供了緩存回填機(jī)制，即當(dāng)緩存不存在時(shí)，會(huì)基于CacheLoader查詢數(shù)據(jù)并將結(jié)果回填到緩存， 在高并發(fā)時(shí)，可以有效地基于緩存鎖減少對系統(tǒng)資源的調(diào)用。此時(shí)僅需要關(guān)注緩存的使用，緩存的更新與存入都是基于CacheLoader實(shí)現(xiàn)；

2.緩存獲取

get(k) 根據(jù)key查詢，沒有則觸發(fā)load；如果load為空則拋出異常

getUnchecked(k) 緩存不存在或返回為null會(huì)拋出檢查異常

get(k,loader) 根據(jù)key查詢，沒有則調(diào)用loader方法，且對結(jié)果緩存；如果loader返回null則拋出異常，此時(shí)不會(huì)調(diào)用默認(rèn)的load方法

getIfPresent(k) 有緩存則返回，否則返回null，不會(huì)觸發(fā)load

3.緩存更新

put(k,v) 如果緩存已經(jīng)存在，則會(huì)先進(jìn)行一次刪除

4.緩存刪除

invalidate(k) 根據(jù)key使緩存失效

過期  通過配置的過期參數(shù)，比如expireAfterAccess、expireAfterWrite、refreshAfterWrite

過載  當(dāng)緩存數(shù)據(jù)量超過設(shè)置的最大值時(shí)，根據(jù)LRU算法進(jìn)行刪除

引用  構(gòu)建緩存時(shí)將鍵值設(shè)置為弱引用、軟引用，基于GC機(jī)制來清理緩存

5.統(tǒng)計(jì)

hitRate() 緩存命中率；

hitMiss() 緩存失誤率；

loadCount() 加載次數(shù)；

averageLoadPenalty() 加載新值的平均時(shí)間，單位為納秒；

evictionCount() 緩存項(xiàng)被回收的總數(shù)，不包括顯式清除。

Builder配置

簡單示例

ManualCache模式

下面以用戶服務(wù)為例，我們看下如何在增刪改查方法中使用緩存：

private?Cache<String,?User>?cache?=?CacheBuilder.newBuilder()
????????????.expireAfterWrite(3,?TimeUnit.SECONDS)//寫入多久沒更新自動(dòng)過期，先刪除，后load
????????????.removalListener(new?RemovalListener<Object,?Object>()?{
????????????????@Override
????????????????public?void?onRemoval(RemovalNotification<Object,?Object>?notification)?{
????????????????????LOGGER.info("{}?remove?{}",LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd?HH:mm:ss")),notification.getKey());
????????????????}
????????????})
????????????.initialCapacity(20)?//初始化容量
????????????.concurrencyLevel(10)?//?并發(fā)
????????????.maximumSize(100)?//最多緩存數(shù)量
????????????.recordStats()?//?開啟統(tǒng)計(jì)
????????????.build();

@Override
????public?User?getUser(String?id){
//????????緩存不存在時(shí)，通過LocalCache鎖機(jī)制，防止對數(shù)據(jù)庫的高頻訪問
???????User?user;
???????try?{
???????????user?=?cache.get(id,()->?{
???????????????LOGGER.info("緩存不存在,從loader加載數(shù)據(jù)");
???????????????return?userDao.get(id);
???????????});
???????}?catch?(ExecutionException?e)?{
???????????throw?new?RuntimeException(e);
???????}
????????return?user;
????}

????@Override
????public?User?saveOrUpdateUser(User?user){
????????userDao.saveOrUpdate(user);
????????cache.put(user.getId(),user);
????????return?user;
????}

????@Override
????public?void?removeUser(String?id){
????????userDao.remove(id);
????????cache.invalidate(id);
????}

LoadingCache模式

private?LoadingCache<String,?User>?cache?=?CacheBuilder.newBuilder()
????????????//?省略
????????????.build(new?CacheLoader<String,?User>()?{
????????????????@Override
????????????????public?User?load(String?key)?throws?Exception?{
????????????????????LOGGER.info("{}?load?{}",LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd?HH:mm:ss")),key);
????????????????????return?userDao.get(key);
????????????????}

????????????????@Override
????????????????public?ListenableFuture<User>?reload(String?key,?User?oldUser)?throws?Exception?{
????????????????????LOGGER.info("{}?reload?{}",?LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd?HH:mm:ss")),key);
????????????????????ListenableFutureTask<User>?listenableFutureTask?=?ListenableFutureTask.create(()?->?userDao.get(key));
????????????????????CompletableFuture.runAsync(listenableFutureTask);
????????????????????return?listenableFutureTask;
????????????????}
????????????});

????@SneakyThrows
????@Override
????public?User?getUser(String?id){
????????//?緩存不存在或返回為null會(huì)拋出異常
????????try?{
????????????return?cache.getUnchecked(id);
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????return?null;
????????}
????}

????@Override
????public?User?saveOrUpdateUser(User?user){
????????cache.invalidate(user.getId());
????????return?userDao.saveOrUpdate(user);
????}

????@Override
????public?void?removeUser(String?id){
????????cache.invalidate(id);
????????userDao.remove(id);
????}

總結(jié)：第一種寫法更像是前面說到的Map，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行CRUD操作時(shí)，需要用戶手動(dòng)對緩存進(jìn)行同步的更新或刪除操作，所以叫ManualCache（手動(dòng)），當(dāng)然Guava Cache對Map的加強(qiáng)依然有效，比如過期清除，緩存容量限制。第二種方式寫法差不多，主要是引入了CacheLoader接口，在讀數(shù)據(jù)時(shí)緩存數(shù)據(jù)不存在時(shí)，通過CacheLoader的load方法先寫緩存后返回?cái)?shù)據(jù)

注意

1.expireAfterWrite、refreshAfterWrite的區(qū)別

在refreshAfterWrite導(dǎo)致緩存失效時(shí)，并不會(huì)因?yàn)楦戮彺娑枞彺鏀?shù)據(jù)的返回，只不過是返回老的數(shù)據(jù)

2.不能緩存null

有時(shí)候?yàn)榱藢⒅禐閚ull的數(shù)據(jù)統(tǒng)一緩存，這樣就不會(huì)因?yàn)闆]有緩存數(shù)據(jù)而訪問數(shù)據(jù)庫造成壓力

3.讀寫時(shí)才進(jìn)行刪除

Guava Cache的緩存數(shù)據(jù)刪除是在更新或?qū)懭霑r(shí)才會(huì)觸發(fā)，沒有單獨(dú)的調(diào)度服務(wù)完成這一工作

本地緩存

類似的本地緩存還有，有興趣的可以自己嘗試，其實(shí)實(shí)現(xiàn)思想應(yīng)該也差不多

到此這篇關(guān)于Java開發(fā)利器之Guava Cache的使用教程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java Guava Cache內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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