Mybatis源码阅读之--本地（一级）缓存实现原理分析

Posted 2021-03-02 autumnlight

前言：
Mybatis为了提升性能，内置了本地缓存（也可以称之为一级缓存），在mybatis-config.xml中可以设置localCacheScope中可以配置本地缓存的作用域，包含两个值session和statement，其中session选项表示本地缓存在整个session都有效，而statement只能在一条语句中有效（这条语句有嵌套查询--nested query/select）。
下面分析一下mybatis本地缓存的实现原理。

本地缓存是在Executor内部构建，Executor包含了四个实现类，SimpleExecutor，BatchExecutor以及CachingExecutor和RoutingExecutor，其中CachingExecutor是开启了二级缓存才会用到的，这里先不说，而RoutingExecutor是负责路由的，它本身包含了Executor，也先不管，这里主要是SimpleExecutor和BatchExecutor，他们都实现了BaseExecutor，而BaseExecutor中正是进行了一级缓存的处理。

public abstract class BaseExecutor implements Executor {
  protected PerpetualCache localCache; // 一级缓存，实质就是一个HashMap<Object, Object>
  protected PerpetualCache localOutputParameterCache; // 出参一级缓存，当statment为callable的时候使用
}

在BaseExecutor中定义了一个PerpetualCache类型的localCache属性，用来保存一级缓存
而PerpetualCache类的主要功能如下：

public class PerpetualCache implements Cache {
  private final String id; // 该缓存的id
  private final Map<Object, Object> cache = new HashMap<>();
  // ...其他一些获取缓存数据、移除缓存数据的方法
}

其中包含了两个属性，id表示缓存的唯一标识，cache是一个HashMap类型的对象，里面存放所有已经缓存的数据
也就是是说Mybatis的一级缓存实质就是一个HashMap。

再回过头看一看BaseExecutor中的一级缓存处理过程（下述中的代码片段都是BaseExecutor类中的，不会再把类加上了）：

1. select添加缓存

  public <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler) throws SQLException {
    BoundSql boundSql = ms.getBoundSql(parameter);
    // 获得缓存键
    CacheKey key = createCacheKey(ms, parameter, rowBounds, boundSql);
    // 根据cachekey执行查询
    return query(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
  }

首先创建缓存键key，然后根据key再查询。
下面代码展示了根据key进行查询的逻辑

@Override
  public <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, CacheKey key, BoundSql boundSql) throws SQLException {
    ErrorContext.instance().resource(ms.getResource()).activity("executing a query").object(ms.getId());
    if (closed) {
      throw new ExecutorException("Executor was closed.");
    }
    // 由于嵌套查询，这里会查询多次
    // 第一个查询，并且当前的语句需要刷新缓存，则进行缓存的刷新
    if (queryStack == 0 && ms.isFlushCacheRequired()) {
      clearLocalCache();
    }
    List<E> list;
    try {
      queryStack++;
      list = resultHandler == null ? (List<E>) localCache.getObject(key) : null;
      if (list != null) { // 缓存中拿到了，处理输出参数
        handleLocallyCachedOutputParameters(ms, key, parameter, boundSql);
      } else { // 缓存中没有拿到，则从数据库中拿
        list = queryFromDatabase(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
      }
    } finally {
      queryStack--;
    }
    if (queryStack == 0) { // 最外层的查询已经结束
      // 所有非延迟的嵌套查询也已经查完了，那么就可以把嵌套查询的结果放入到需要的对象中
      for (DeferredLoad deferredLoad : deferredLoads) {
        deferredLoad.load();
      }
      // issue #601
      deferredLoads.clear();
      if (configuration.getLocalCacheScope() == LocalCacheScope.STATEMENT) {
        // issue #482
        clearLocalCache();
      }
    }
    return list;
  }

先看第二个if--如果当前的查询语句设置了清除缓存的属性为true，那么就要把一级缓存清除
当然里面还需要满足queryStack==0的条件，这个条件涉及到了嵌套查询(nested select/query)，如果是嵌套查询的最外层查询（第一个查询），才进行缓存的清理动作，否则不进行。这里的queryStack是查询的层级，取决于nested select的层数，例如一个Blog有一个Author，一个Author有一个Account，其中Author和Account都使用了嵌套查询，并且不是延迟加载(fetchType设置)，那么Author查询的时候queryStack就会是1，Account查询的时候queryStack为2。针对嵌套查询这里就说这么多，后续会专门写一篇嵌套查询原理的文章，包括非延迟加载以及延迟加载的不同情况的处理方式。

    if (queryStack == 0 && ms.isFlushCacheRequired()) {
      clearLocalCache();
    }

下面代码片段展示了从缓存中取数据的逻辑

  list = resultHandler == null ? (List<E>) localCache.getObject(key) : null;
``
直接调用localCache的getObject方法，但是需要在resultHandler不为null的情况，因为如果查询数据是传入了ResultHandler，那么会返回null，数据由ResultHandler进行处理。
如果缓存中查到了数据，那么会处理缓存的出参（出参只有在MappedStatement类型为Callable时才会有，其他的STATEMENT/PREPAREDSTATMENT都没有）
如果没有查到数据，那么从数据库中查询
```java
    list = queryFromDatabase(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);

数据查询完了之后执行queryStack--操作。
进入queryFromDatabase方法进行分析：

  private <E> List<E> queryFromDatabase(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, CacheKey key, BoundSql boundSql) throws SQLException {
    List<E> list;
    // 这里为什么要先占位呢？
    // 回答：嵌套的延迟加载有可能用的是同一个对象，这里说明已经开始查了，
    // 但是由于处理嵌套的查询，此查询还没有查完，再次执行嵌套查询，且查询的是相同的东西，那么就不用再查了
    localCache.putObject(key, EXECUTION_PLACEHOLDER);
    try {
      list = doQuery(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, boundSql);
    } finally {
      // 删除占位
      localCache.removeObject(key);
    }
    // 将数据放入到缓存中
    localCache.putObject(key, list);
    // 对于callable的statement来说，出参也需要缓存，而出参也是放在了入参中
    // 因此这里缓存了入参
    if (ms.getStatementType() == StatementType.CALLABLE) {
      localOutputParameterCache.putObject(key, parameter);
    }
    return list;
  }

主要步骤：

1. 先在一级缓存中设置一个占位符，EXECUTION_PLACEHOLDER，
   此处代码的作用就是为了防止嵌套查询是查询了相同的数据
   举个例子，一个Blog有一个Author，而Author中又嵌套了一个Blog，那么Blog还没有放到缓存中，但是嵌套查询现在查Author，Author中的Blog又是第一个Blog查询的数据，这里放置一个占位符就是为了说明，这个Blog已经在查询了，结果还没出来而已，不要急，等结果出来了再进行配对。
2. 执行子类的doQuery方法，查询数据
3. 删除缓存占位、将查询出的数据放入到缓存中。
4. 如果此查询语句是CALLABLE类型的，那么要把出参也缓存
   以上四部做完之后从数据库中查询数据就结束了，其中第一步可能有些人还是很困惑，大家可以执行一些测试看一看。

再次将思路返回到query方法中，

    if (queryStack == 0) { // 最外层的查询已经结束
      // 所有非延迟的嵌套查询也已经查完了，那么就可以把嵌套查询的结果放入到需要的对象中
      for (DeferredLoad deferredLoad : deferredLoads) {
        deferredLoad.load();
      }
      // issue #601
      deferredLoads.clear();
      if (configuration.getLocalCacheScope() == LocalCacheScope.STATEMENT) {
        // issue #482
        clearLocalCache();
      }
    }

当最外层查询结束时，需要执行一些清理动作：

1. 执行所有嵌套查询的连接操作，上面例子中的Blog->Author->Blog，会把author中的Blog设置正确
2. 清除嵌套查询
3. 如果当前语句的一级缓存作用域是statement的话，要把一级缓存清空
   上面的第一步和第二部需要结合ResultSetHandler共同分析，后面分析嵌套查询的时候再做详细的介绍，这里大家心中有个了解即可。
   至此，查询过程的缓存处理就已经结束了
   下面简单看一下cleanLocalCache方法

  public void clearLocalCache() {
    if (!closed) {
      localCache.clear();
      localOutputParameterCache.clear();
    }
  }

也很简单，就是把localCache和localOutputParameterCache置空。

接下来就分析update（其中insert/update/delete都统称为update）时，一级缓存如何处理：

  public int update(MappedStatement ms, Object parameter) throws SQLException {
    ErrorContext.instance().resource(ms.getResource()).activity("executing an update").object(ms.getId());
    if (closed) {
      throw new ExecutorException("Executor was closed.");
    }
    // 先清除缓存
    clearLocalCache();
    // 使用子类的doUpdate方法
    return doUpdate(ms, parameter);
  }
``
先把缓存清空，然后调用子类的doUpdate执行具体的更新操作

另外事务的提交以及回滚都会清空以及缓存，代码如下：
```java
  public void commit(boolean required) throws SQLException {
    if (closed) {
      throw new ExecutorException("Cannot commit, transaction is already closed");
    }
    clearLocalCache(); // 清除缓存
    flushStatements();
    if (required) {
      transaction.commit();
    }
  }

  public void commit(boolean required) throws SQLException {
    if (closed) {
      throw new ExecutorException("Cannot commit, transaction is already closed");
    }
    clearLocalCache(); // 清理缓存
    flushStatements();
    if (required) {
      transaction.commit();
    }
  }

  public void rollback(boolean required) throws SQLException {
    if (!closed) {
      try {
        clearLocalCache(); // 清理缓存
        flushStatements(true);
      } finally {
        if (required) {
          transaction.rollback();
        }
      }
    }
  }

因此，在一个sqlSession执行了commit或者rollback方法后，一级缓存已经没有了数据，如果再次执行相同的查询操作，那么会重新从数据库中查询。
一级缓存需要注意的事项：
在实际开发中，有可能对查询数据进行一些操作，比如修改一些字段，或者一个列表中删除/添加一些数据，再次执行相同的查询，返回的不会是数据库中的数据，而是经过修改的数据，因此最好不要对Mybatis返回的数据进行修改操作。