如何设计一个本地缓存，涨姿势了！

Posted 2021-04-14 Java技术栈

最近在看Mybatis的源码，刚好看到缓存这一块，Mybatis提供了一级缓存和二级缓存；一级缓存相对来说比较简单，功能比较齐全的是二级缓存，基本上满足了一个缓存该有的功能。

考虑点

考虑点主要在数据用何种方式存储，能存储多少数据，多余的数据如何处理等几个点，下面我们来详细的介绍每个考虑点，以及该如何去实现；

1.数据结构

2.对象上限

因为是本地缓存，内存有上限，所以一般都会指定缓存对象的数量比如1024，当达到某个上限后需要有某种策略去删除多余的数据；

3.清除策略

4.过期时间

5.线程安全

6.简明的接口

提供一个傻瓜式的对外接口是很有必要的，对使用者来说使用此缓存不是一种负担而是一种享受；提供常用的get，put，remove，clear，getSize方法即可；

7.是否持久化

8.阻塞机制

如何实现

以上大致介绍了实现一个本地缓存我们都有哪些需要考虑的地方，当然可能还有其他没有考虑到的点；下面继续看看关于每个点都应该如何去实现，重点介绍一下思路；

1.数据结构

本地缓存最常见的是直接使用Map来存储，比如guava使用ConcurrentHashMap，ehcache也是用了 ，Mybatis二级缓存使用HashMap来存储：

Map<Object, Object> cache = new ConcurrentHashMap<Object, Object>()

Mybatis使用HashMap本身是非线程安全的，所以可以看到起内部使用了一个SynchronizedCache用来包装，保证线程的安全性。，这篇推荐大家看下。

当然除了使用Map来存储，可能还使用其他数据结构来存储，比如redis使用了双端链表，压缩列表，整数集合，跳跃表和字典；当然这主要是因为redis对外提供的接口很丰富除了哈希还有列表，集合，有序集合等功能；

2.对象上限

3.清除策略

4.过期时间

设置过期时间，让缓存数据在指定时间过后自动删除；常见的过期数据删除策略有两种方式：被动删除和主动删除；

被动删除：每次进行get/put操作的时候都会检查一下当前key是否已经过期，如果过期则删除，类似如下代码：

if (System.currentTimeMillis() - lastClear > clearInterval) {
  clear();
}

主动删除：专门有一个job在后台定期去检查数据是否过期，如果过期则删除，这其实可以有效的处理冷数据；

关注微信公众号：Java技术栈，在后台回复：redis，可以获取我整理的 N 篇最新Redis 教程，都是干货。

5.线程安全

尽量用线程安全的类去存储数据，比如使用ConcurrentHashMap代替HashMap；或者提供相应的同步处理类，比如Mybatis提供了SynchronizedCache：

public synchronized void putObject(Object key, Object object) {
  ...省略...
}

@Override
public synchronized Object getObject(Object key) {
  ...省略...
}

6.简明的接口

提供常用的get，put，remove，clear，getSize方法即可，比如Mybatis的Cache接口：

public interface Cache {
  String getId();
  void putObject(Object key, Object value);
  Object getObject(Object key);
  Object removeObject(Object key);
  void clear();
  int getSize();
  ReadWriteLock getReadWriteLock();
}

再来看看guava提供的Cache接口，相对来说也是比较简洁的：

public interface Cache<K, V> {
  V getIfPresent(@CompatibleWith("K") Object key);
  V get(K key, Callable<? extends V> loader) throws ExecutionException;
  ImmutableMap<K, V> getAllPresent(Iterable<?> keys);
  void put(K key, V value);
  void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);
  void invalidate(@CompatibleWith("K") Object key);
  void invalidateAll(Iterable<?> keys);
  void invalidateAll();
  long size();
  CacheStats stats();
  ConcurrentMap<K, V> asMap();
  void cleanUp();
}

7.是否持久化

8.阻塞机制

除了在Mybatis中看到了BlockingCache来实现此功能，之前在看<<java并发编程实战>>的时候其中有实现一个很完美的缓存，大致代码如下：

public class Memoizerl<A, V> implements Computable<A, V> {
    private final Map<A, Future<V>> cache = new ConcurrentHashMap<A, Future<V>>();
    private final Computable<A, V> c;

    public Memoizerl(Computable<A, V> c) {
        this.c = c;
    }

    @Override
    public V compute(A arg) throws InterruptedException, ExecutionException {
        while (true) {
            Future<V> f = cache.get(arg);
            if (f == null) {
                Callable<V> eval = new Callable<V>() {
                    @Override
                    public V call() throws Exception {
                        return c.compute(arg);
                    }
                };
                FutureTask<V> ft = new FutureTask<V>(eval);
                f = cache.putIfAbsent(arg, ft);
                if (f == null) {
                    f = ft;
                    ft.run();
                }
                try {
                    return f.get();
                } catch (CancellationException e) {
                    cache.remove(arg, f);
                }
            }
        }
    }
}

总结

本文大致介绍了要设计一个本地缓存都需要考虑哪些点：数据结构，对象上限，清除策略，过期时间，线程安全，阻塞机制，实用的接口，是否持久化；当然肯定有其他考虑点，欢迎补充。

https://my.oschina.net/OutOfMemory/blog/3133013

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