如何使用Java實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的內(nèi)存緩存

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1. 場(chǎng)景

在 Java 應(yīng)用中，對(duì)于訪問頻率高，更新少的數(shù)據(jù)，通常的方案是將這類數(shù)據(jù)加入緩存中。相對(duì)從數(shù)據(jù)庫中讀取來說，讀緩存效率會(huì)有很大提升。
在集群環(huán)境下，常用的分布式緩存有 redis、Memcached 等。但在某些業(yè)務(wù)場(chǎng)景上，可能不需要去搭建一套復(fù)雜的分布式緩存系統(tǒng)，在單機(jī)環(huán)境下，通常是會(huì)希望使用內(nèi)部的緩存（LocalCache）。

2. 方案

基于 JSR107 規(guī)范自研。
基于 ConcurrentHashMap 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存。

3. JSR107 規(guī)范

文檔：https://jcp.org/en/jsr/detail?id=107（了解一下就行，沒太大的應(yīng)用）

目標(biāo)

為應(yīng)用程序提供緩存 Java 對(duì)象的功能。
定義了一套通用的緩存概念和工具。
最小化開發(fā)人員使用緩存的學(xué)習(xí)成本。
最大化應(yīng)用程序在使用不同緩存實(shí)現(xiàn)之間的可移植性。
支持進(jìn)程內(nèi)和分布式的緩存實(shí)現(xiàn)。

核心概念

Java Caching 定義了 5 個(gè)核心接口，分別是 CachingProvider、CacheManager、Cache、Entry 和 Expiry。
CachingProvider 定義了創(chuàng)建、配置、獲取、管理和控制多個(gè) CacheManager。一個(gè)應(yīng)用可以在運(yùn)行期間訪問多個(gè) CachingProvider。
CacheManager 定義了創(chuàng)建、配置、獲取、管理和控制多個(gè)唯一命名的 Cache，這些 Cache 存在于 CacheManager 的上下文中。一個(gè) CacheManager 僅被一個(gè) CachingProvider 所擁有。
Cache 是一個(gè)類似 Map 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并臨時(shí)存儲(chǔ)以 key 為索引的值。一個(gè) Cache 僅被一個(gè) CacheManager 所擁有。
Entry 是一個(gè)存儲(chǔ)在 Cache 中的 key-value 對(duì)。
每一個(gè)存儲(chǔ)在 Cache 中的條目有一個(gè)定義的有效期，即 Expiry Duration。一旦超過這個(gè)時(shí)間，條目為過期的狀態(tài)。一旦過期，條目將不可訪問、更新和刪除。緩存有效期可以通過 ExpiryPolicy 設(shè)置。

4. 使用 Map 實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單緩存

package com.study.cache.java;

import java.lang.ref.SoftReference;
import java.util.Optional;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * 使用 Map 實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的緩存功能
 * @author 華夏紫穹
 */
public class MapCacheDemo {

    // 使用 ConcurrentHashMap，線程安全的要求。
    // 使用 SoftReference<Object> 作為映射值，因?yàn)檐浺每梢员ＷC在拋出 OutOfMemory 之前，如果缺少內(nèi)存，將刪除引用的對(duì)象。
    // 在構(gòu)造函數(shù)中，我創(chuàng)建了一個(gè)守護(hù)程序線程，每 5 秒掃描一次并清理過期的對(duì)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) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        cleanerThread.setDaemon(true);
        cleanerThread.start();
    }

    public void add(String key, Object value, long periodInMillis) {
        if (key == null) { return; }
        if (value == null) { cache.remove(key); }
        long expireTime = System.currentTimeMillis() + periodInMillis;
        cache.put(key, new SoftReference<>(new CacheObject(value, expireTime)));
    }

    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();
    }


    // 緩存對(duì)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;
        }
    }

}

package com.study.cache.java;

/**
 * MapCache 測(cè)試類
 * @author 華夏紫穹
 */
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("從緩存中取出值：" + mapCacheDemo.get("uid_10001"));
        Thread.sleep(5000L);
        System.out.println("5 秒鐘過后");
        System.out.println("從緩存中取出值：" + mapCacheDemo.get("uid_10001"));
        // 5 秒后數(shù)據(jù)自動(dòng)清除了
    }
}

到此，相信大家對(duì)“如何使用 Java 實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的內(nèi)存緩存”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！

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