Java本地缓存之Caffeine的使用

ゝ一世哀愁。 2024-04-01 06:13 223阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *  一、什么是缓存
     *  二、缓存的作用
     *  三、缓存的优点
     *  四、为什么用缓存就更快？(表面理解)
     *  五、缓存的分类
     *  六、本地缓存之Caffeine的使用
     *   *  缓存填充策略
         *  过期策略
         *  手动删除
         *  事件监听

### 一、什么是缓存 ###

在java中，缓存是在计算机上的一个原始数据的复制集。通俗的说就是数据的一个备份。

### 二、缓存的作用 ###

就是将程序或系统经常要调用的对象或者数据存在内存中，再次调用时可以快速从内存中获取对象，不必再去创建新的
    重复的实例或者不用从处理数据速度比较慢的磁盘上获取数据。

### 三、缓存的优点 ###

由于内存的容量比较小，但是磁盘的容量比较大，所以一般都是把热数据（访问比较频繁的数据存放到缓存中去，这样
    系统程序就能快速的访问到热点数据，然后快速做出反应，提高了程序流畅性的同时，也提高了用户的体验）

### 四、为什么用缓存就更快？(表面理解) ###

*  内存的io速度要比磁盘的io速度快很多。（也就是说内存处理数据的速度要比磁盘处理数据的速度快很多）。
 *  基于第一点，所以缓存处理数据的速度要比数据库处理数据的速度要快很多。（因为缓存中的数据是内存io，数据库的数据是磁盘io）。

### 五、缓存的分类 ###

*  客户端缓存
 *  服务端缓存（又分为服务器本地缓存(ehcache、guava cache、Caffeine)、分布式缓存（Redis、Memcached等nosql、MangoDB)、数据库缓存）
 *  网络中缓存

### 六、本地缓存之Caffeine的使用 ###

#### 缓存填充策略 ####

缓存的填充方式有三种，手动、同步和异步，下面分别简单介绍下每种方式使用的API：

1.  手动加载：手动控制缓存的增删改处理，主动增加、获取以及依据函数式更新缓存；底层使用ConcurrentHashMap进行节点存储，因此get()方法是安全的。批量查找可以使用getAllPresent()方法或者带填充默认值的getAll()方法。

/**
         * 手动填充测试
         */
        public void cacheTest(String k) {
        
            Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()
                    .maximumSize(100)
                    .expireAfterAccess(100L, TimeUnit.SECONDS)
                    .build();
    
            cache.put("c1", "c1");
            //获取缓存值，如果为空，返回null
            log.info("cacheTest present： [{}] -> [{}]", k, cache.getIfPresent(k));
            //获取返回值，如果为空，则运行后面表达式，存入该缓存
            log.info("cacheTest default： [{}] -> [{}]", k, cache.get(k, this::buildLoader));
            log.info("cacheTest present： [{}] -> [{}]", k, cache.getIfPresent(k));
            //清除缓存
            cache.invalidate(k);
            log.info("cacheTest present： [{}] -> [{}]", k, cache.getIfPresent(k));
        }
        private String buildLoader(String k) {
        
            return k + "+default";
        }

1.  同步加载：LoadingCache对象进行缓存的操作，使用CacheLoader进行缓存存储管理。批量查找可以使用getAll()方法。默认情况下，getAll()将会对缓存中没有值的key分别调用CacheLoader.load方法来构建缓存的值（build中的表达式）。我们可以重写CacheLoader.loadAll方法来提高getAll()的效率。

/**
         * 同步填充测试
         */
        public void loadingCacheTest(String k) {
        
            //同步填充在build方法指定表达式
            LoadingCache<String, String> loadingCache = Caffeine.newBuilder()
                    .maximumSize(100)
                    .expireAfterAccess(100L, TimeUnit.SECONDS)
                    .build(this::buildLoader);
            
            loadingCache.put("c1", "c1");
            log.info("loadingCacheTest get： [{}] -> [{}]", k, loadingCache.get(k));
            //获取缓存值，如果为空，返回null
            log.info("loadingCacheTest present： [{}] -> [{}]", k, loadingCache.getIfPresent(k));
            //获取返回值，如果为空，则运行后面表达式，存入该缓存
            log.info("loadingCacheTest default： [{}] -> [{}]", k, loadingCache.get(k, this::buildLoader));
            log.info("loadingCacheTest present： [{}] -> [{}]", k, loadingCache.getIfPresent(k));
            loadingCache.invalidate(k);
            log.info("loadingCacheTest present： [{}] -> [{}]", k, loadingCache.getIfPresent(k));
        }
        private String buildLoader(String k) {
        
            return k + "+default";
        }

1.  异步加载：

*  自动异步加载：  
    AsyncLoadingCache对象进行缓存管理，get()返回一个CompletableFuture对象，默认使用ForkJoinPool.commonPool()来执行异步线程，但是我们可以通过Caffeine.executor(Executor) 方法来替换线程池。

/**
         * 异步填充测试
         */
        public void asyncLoadingCacheTest(String k) throws ExecutionException, InterruptedException {
        
            //异步加载使用Executor去调用方法并返回一个CompletableFuture。异步加载缓存使用了响应式编程模型。
            //
            //如果要以同步方式调用时，应提供CacheLoader。要以异步表示时，应该提供一个AsyncCacheLoader，并返回一个CompletableFuture。
            AsyncLoadingCache<String, String> asyncLoadingCache = Caffeine.newBuilder()
                    .maximumSize(100)
                    .expireAfterAccess(100L, TimeUnit.SECONDS)
                    .buildAsync(s -> this.buildLoaderAsync("123").get());
    
            log.info("asyncLoadingCacheTest get： [{}] -> [{}]", k, asyncLoadingCache.get(k).get());
            //获取返回值，如果为空，则运行后面表达式，存入该缓存
            log.info("asyncLoadingCacheTest default： [{}] -> [{}]", k, asyncLoadingCache.get(k, this::buildLoader).get());
        }
    
        private CompletableFuture<String> buildLoaderAsync(String k) {
        
            return CompletableFuture.supplyAsync(() -> k + "+buildLoaderAsync");
        }

*  手动异步加载：

/**
         * 手动异步测试
         */
        public void asyncManualCacheTest(String k) throws ExecutionException, InterruptedException {
        
            //异步加载使用Executor去调用方法并返回一个CompletableFuture。异步加载缓存使用了响应式编程模型。
            //
            //如果要以同步方式调用时，应提供CacheLoader。要以异步表示时，应该提供一个AsyncCacheLoader，并返回一个CompletableFuture。
            AsyncCache<String, String> asyncCache = Caffeine.newBuilder()
                    .maximumSize(100)
                    .expireAfterAccess(100L, TimeUnit.SECONDS)
                    .buildAsync();
            //获取返回值，如果为空，则运行后面表达式，存入该缓存
            log.info("asyncManualCacheTest default： [{}] -> [{}]", k, asyncCache.get(k, this::buildLoader).get());
        }

#### 过期策略 ####

Caffeine的缓存清除是惰性的，可能发生在读请求后或者写请求后，比如说有一条数据过期后，不会立即删除，可能在下一次读/写操作后触发删除（类比于redis的惰性删除）。如果读请求和写请求比较少，但想要尽快的删掉cache中过期的数据的话，可以通过增加定时器的方法，定时执行cache.cleanUp()方法（异步方法，可以等待执行），触发缓存清除操作。

*  基于大小过期：当缓存超出后，使用W-TinyLFU算法进行缓存淘汰处理
 *  基于缓存条目过期  
    maximumSize()方法，参数是缓存中存储的最大缓存条目，当添加缓存时达到条目阈值后，将进行缓存淘汰操作

/**
        * 淘汰策略-size
        */
       public void sizeTest() {
        
           LoadingCache<String, String> loadingCache = Caffeine.newBuilder()
                   .maximumSize(1)
                   .build(this::buildLoader);
    
           List<String> list = Lists.newArrayList("c1", "c2", "c3");
           loadingCache.put(list.get(0), list.get(0));
           log.info("weightTest get： [{}] -> [{}]", list.get(0), loadingCache.get(list.get(0)));
           loadingCache.put(list.get(1), list.get(1));
           log.info("weightTest get： [{}] -> [{}]", list.get(1), loadingCache.get(list.get(1)));
           loadingCache.put(list.get(2), list.get(2));
           log.info("weightTest get： [{}] -> [{}]", list.get(2), loadingCache.get(list.get(2)));
           log.info("weightTest cache map：{}", loadingCache.getAll(list));
       }

*  基于权重过期：权重大小不会决定缓存满时清楚的优先级  
    weigher()方法可以指定缓存所占比重，maximumWeight()方法指定最大的权重阈值，当添加缓存超过规定权重后，进行数据淘汰

/**
        * 淘汰策略-weight
        */
       public void weightTest() {
        
           LoadingCache<String, String> loadingCache = Caffeine.newBuilder()
                   .maximumWeight(10)
                   .weigher((key, value) -> 5)
                   .build(this::buildLoader);
    
           List<String> list = Lists.newArrayList("c1", "c2", "c3");
           loadingCache.put(list.get(0), list.get(0));
           log.info("weightTest get： [{}] -> [{}]", list.get(0), loadingCache.get(list.get(0)));
           loadingCache.put(list.get(1), list.get(1));
           log.info("weightTest get： [{}] -> [{}]", list.get(1), loadingCache.get(list.get(1)));
           log.info("weightTest cache map：{}", loadingCache.getAll(list));
       }

*  基于时间过期
    
    (1) expireAfterAccess()：缓存访问后，一定时间失效；即最后一次访问或者写入开始时计时。
    
    (2) expireAfterWrite()：缓存写入后，一定时间失效；以写入缓存操作为准计时。
    
    (3) expireAfter()：自定义缓存策略，满足多样化的过期时间要求。

/**
         * 淘汰策略-time
         */
        public void timeTest() {
        
            //1.缓存访问后，一定时间后失效
            LoadingCache<String, String> loadingCacheOne = Caffeine.newBuilder()
                    .expireAfterAccess(10L, TimeUnit.SECONDS)
                    .build(this::buildLoader);
    
            //2.缓存写入后，一定时间后失效
            LoadingCache<String, String> loadingCacheTwo = Caffeine.newBuilder()
                    .expireAfterWrite(10L, TimeUnit.SECONDS)
                    .build(this::buildLoader);
    
            //3.自定义过期策略
            LoadingCache<String, String> loadingCacheThree = Caffeine.newBuilder()
                    .expireAfter(new Expiry<Object, Object>() {
        
                        @Override
                        public long expireAfterCreate(@NonNull Object o, @NonNull Object o2, long l) {
        
                            return 0;
                        }
    
                        @Override
                        public long expireAfterUpdate(@NonNull Object o, @NonNull Object o2, long l, @NonNegative long l1) {
        
                            return 0;
                        }
                        @Override
                        public long expireAfterRead(@NonNull Object o, @NonNull Object o2, long l, @NonNegative long l1) {
        
                            return 0;
                        }
                    })
                    .build(this::buildLoader);
        }

#### 手动删除 ####

Caffeine中提供了手动进行缓存的删除，无需等待我们上面提到的被动的一些删除策略，使用方法如下：

cacheOne.invalidateAll();
        cacheOne.invalidate(Object o);
        cacheOne.invalidateAll(List);

#### 事件监听 ####

移除事件RemovalListener是一种缓存监听事件，当key被移除的时候就会触发这个方法，可以进行一些相关联的操作。RemovalListener可以获取到key、value和RemovalCause（删除的原因）。另外RemovalListener中操作是线程池异步执行的。

/**
         * 移除监听器
         */
        public void removeTest() throws InterruptedException {
        
            Cache<String, String> cacheOne = Caffeine.newBuilder()
                    .maximumSize(1)
                    .removalListener(
                    (o, o2, removalCause) -> 
                    System.out.println(o + " is " + "remove" + " reason is " + removalCause.name()))
                    .build();
        }

**说明：本文有些许参考之处，而且有个人观点杂糅其中，如果有大神发现不当之处，还请不吝赐告，笔者定当虚心受教，谢谢！**  
**站在巨人的肩膀上：[https://blog.csdn.net/l\_dongyang/article/details/108326755][https_blog.csdn.net_l_dongyang_article_details_108326755]**

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