Java常用缓存组件和方法

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-09-24 09:28 258阅读 0赞

在我们系统开发中，有许多关于性能提升方面的组件，这里介绍并总结一下；

# 缓冲(Buffer) #

缓冲区是一块特定的内存区域。开辟缓冲区的目的是通过缓解应用程序上下层之间的差异，提高系统的性能。在日常生活中，缓冲的一个典型应用是漏斗；

![Center][]

漏斗，相当于缓冲区，漏斗口很大，可以及时处理上面倒出的水，这就意味着上层系统效率很高，下层系统效率很低，，因为瓶口很细，无法及时将水倒入瓶中；我感觉漏斗也像是一种模式，适配器模式，假设有一个水壶的口很大，而瓶子的口很小，这个时候就需要一个适配器漏斗了，他能把两端桥接起来，使得他们能够进行传输；

注意：缓冲可以协调上层组件和下层组件的性能差。当上层组件性能优于下层主件时，可以有效减少上层组件对下层组件的等待时间。

基于这样的结构，上层应用组件不需要等待下层组件真实的接受全部数据，即可返回操作，加快了上层组件的处理速度，从而提升系统的整体性能。

缓冲最常用的场景就是提高I/O的速度。JDK内不少组件都提供了缓冲功能，一般名字里面都会带Buff。

Writer writer=new BufferedWriter(new FileWriter("C:\\E盘\\teacher.java"));

IO使用的主要设计模式使装饰者模式，这里来看一看源码

public BufferedWriter(Writer out, int sz) {
            super(out);
            if (sz <= 0)
                throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
            this.out = out;
            cb = new char[sz];
            nChars = sz;
            nextChar = 0;
    
            lineSeparator = java.security.AccessController.doPrivileged(
                new sun.security.action.GetPropertyAction("line.separator"));
        }

private static int defaultCharBufferSize = 8192;

其内部是创建了一个8192大小的字符串缓冲区；

一般来说，缓冲区不宜过小，过小的缓冲区无法起到真正的缓冲作用，缓冲区也不宜过大，过的的缓冲区会浪费系统内存，增加GC负担。

# 缓存（Cache） #

缓存也是一块为提升系统性能而开辟的内存空间，缓存的主要作用是暂存数据处理结构，并提供下次访问使用，频繁的访问数据库会耗费CPU资源也会使数据库的性能降低，缓存的作用就是讲这些数据暂时存储起来，当有其他线程或者客户端需要查询相同的数据资源时，可以省略对这些数据的处理流程，而直接从缓存中获取处理结果，bong立即返回给请求组件，以此提高系统的相应时间。

缓存的使用非常普遍，比如，目前流行的几种浏览器都会在本地缓存远程的页面，从而减少远程HTTP访问次数，加快网页的加载速度，又比如，在服务端的系统开发中，设计人员可以为一些核心API加上缓存，从而提高系统的整体性能。

最为简单的缓存可以直接使用HashMap实现，当然，这样会有很多问题，比如上面时候该清理无效的数据，如何防止缓存数据过多而导致的内存溢出等，现在市面上有很多缓存，自己常用的有EhCache,memcache等。

对象复用池

对象池化，是目前非常常用的一种系统优化技术，它的核心思想是，如果一个类被频繁的请求使用，那么不必每次都生成一个实例，可以将这个类的一些实例保存在一个池中，待需要使用的时候直接从池中获取。这个“池”就被称为对象池。在实现细节上，它可能是一个数组，一个链表或者任何集合类。

对象池的使用非常广泛，比较常用的就是线程池和数据库连接池。线程池中，保存着可以被重用的线程对象，当有任务被提交到线程池，系统并不需要新建线程，而是从池中获得一个可用的线程，执行这个任务，在任务结束后，也不关闭线程，而将它返回到池中，以便下次继续使用。由于线程的创建和销毁是较为费时的工作，因此，在线程调度频繁的系统中，线程池可以很好地改变性能。

数据库连接池也是一种特殊的对象池，它用于维护数据库连接的集合。当系统需要访问数据库时，不需要重新建立数据库连接，而可以直接从池中获取；在数据库操作完成后，也不关闭数据库连接，而是将连接返回到连接池中。由于数据库连接的创建和销毁是重量级的操作，因此，避免频繁进行这两个操作，对改善系统的性能也有积极意义。

目前应用较为广泛的数据库连接池组件有C3P0和Proxool。其中C3P0是伴随着Hibernate一起发布，与hibernate联系紧密的数据库连接池。

除了这两个，对于普通的JAVA对象，在必要的时候，也可以进行池化管理，对于那些经常使用，并且创建很费时的大型对象来说，使用对象池维护，不仅可以节省获得对象实例的成本，还尅减轻GC频繁回收这些对象产生的系统压力；

# 并行替代串行 #

能够使用多线程的尽量使用多线程去处理；

# 负载均衡 #

对大型应用来说，系统负载可能非常重。这个时候就要使用负载均衡了。

一个典型的实现便是Tomcat集群。配置Tomcat集群实现负载均衡，可以通过Apache服务器实现，即，使用Apache服务器作为负载分配器，将请求转向各个Tomcat服务器，从而实现负载均衡。

# 时间换空间 #

由于系统资源是有限的，为了在有限的资源内，达成某些特定的性能目标，就需要使用时间换空间或者空间换时间的方法。

时间换空间通常用于嵌入式设备，或者内存，硬盘不足的情况，通过使用牺牲CPU的方式，换的原本需要更多内存或者磁盘空间才能完成的工资。

下例是一个非常简单的时间换空间的 算法，实现了a,b两个变量的值交互，交换两个变量最常用的方法是使用一个中间变量，而引入额外的变量则需要更多的空间，采用下面的方法，则可以免去中间变量，而达到变量交互的目的，其代价是花费了更多的时间

a=a+b;
    b=a-b;
    a=a-b;