java动态缓存成长小纪（一）——创建一个简单的缓存

在实际项目中，我们经常会需要使用到缓存。一般来说，缓存介质是内存；而常见的DB将数据存储在硬盘中的；缓存读取是电脉冲，而硬盘读取是机械地读取转动的硬盘，速度差异是上百倍的。所以往往可以通过缓存，对经常用到的数据进行访问，以提高速度。

创建缓存实际上就是针对两个对象，1. Cache对象，即一个缓存对象；2. CacheManager对象，即一个管理不同缓存的对象，其核心实际上就是一个Map，用来保存与获取不同缓存。

最简单的缓存 实现如下：

/**
 *  项目名称：
 *  文件说明：创建一个缓存管理器 <span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">刘晨曦</span>
 *  主要特点：
 *  版本号：1.0
 *  创建时间：2013-12-3
 **/
package NBOffer;

import java.util.HashMap;

public class CacheManager {

	static HashMap<String,Cache> cacheMap=new HashMap<String,Cache>();

	public static Cache getCache(String id)
	{
		return cacheMap.get(id);
	}

	public static void putCache(Cache cache)
	{
		cacheMap.put(cache.id, cache);
	}

	public static void main(String[] args) {
		Cache cache1=new Cache("1","A1");
		Cache cache2=new Cache("2","A2");
		CacheManager.putCache(cache1);
		CacheManager.putCache(cache2);
		CacheManager.getCache("1").showInfo();
	}
}

class Cache
{
	String id;//相当于主键
	Object val;
	public Cache(String id)
	{
		new Cache(id,null);
	}

	public Cache(String id,Object val)
	{
		this.id=id;
		this.val=val;
	}

	public void setValue(Object val)
	{
		this.val=val;
	}

	public void showInfo()
	{
		System.out.println("Cache的ID是:   "+id+"   Cache的值是:   "+val);
	}
}

问题1： 哪一步能够体现出缓存相对于直接读取库的优点？

实际上是getCache()方法，是从HashMap中读取，也就是从JVM中读取，处于内存中。

问题2： 缓存若未能命中，岂不是返回空的Cache了？

是的，所以我们需要对getCache进行改进，未能命中说明缓存里面没有，需要从数据库里面取数。

/**
 *  项目名称：
 *  文件说明：创建一个缓存管理器 <span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">刘晨曦</span>
 *  主要特点：
 *  版本号：1.0
 *  创建时间：2013-12-3
 **/
package NBOffer;

import java.util.HashMap;

public class CacheManager {

	static HashMap<String,Cache> cacheMap=new HashMap<String,Cache>();

	public static Cache getCache(String id)
	{
		if(cacheMap.get(id)==null)
		{
			Object val=getFromDB(id);
			cacheMap.put(id, new Cache(id,val));
		}
		return cacheMap.get(id);
	}

	public static void putCache(Cache cache)
	{
		cacheMap.put(cache.id, cache);
	}

	public static Object getFromDB(String id)
	{
	System.out.println("缓慢地从内存中读取id="+id+"对应的数据。。。");
	return new String("value"+id);
	}

	public static void main(String[] args) {
		Cache cache1=new Cache("1","value1");
		Cache cache2=new Cache("2","value2");
		CacheManager.putCache(cache1);
		CacheManager.putCache(cache2);
		CacheManager.getCache("3").showInfo();
	}
}

class Cache
{
	String id;//相当于主键
	Object val;
	public Cache(String id)
	{
		new Cache(id,null);
	}

	public Cache(String id,Object val)
	{
		this.id=id;
		this.val=val;
	}

	public void setValue(Object val)
	{
		this.val=val;
	}

	public void showInfo()
	{
		System.out.println("Cache的ID是:   "+id+"   Cache的值是:   "+val);
	}
}

问题3：如果我想定时一段时间刷新缓存，比如，每隔15min刷新一次所有缓存，那我应该怎么办？

为了方便观察，我们设置为每间隔1s刷新一次。

/**
 *  项目名称：
 *  文件说明：创建一个缓存管理器 刘晨曦
 *  主要特点：
 *  版本号：1.0
 *  创建时间：2013-12-3
 **/
package NBOffer;

import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class CacheManager {

	static HashMap<String,Cache> cacheMap=new HashMap<String,Cache>();

	public static Cache getCache(String id)
	{
		if(cacheMap.get(id)==null)
		{
			Object val=getFromDB(id);
			cacheMap.put(id, new Cache(id,val));
		}
		return cacheMap.get(id);
	}

	public static void putCache(Cache cache)
	{
		cacheMap.put(cache.id, cache);
	}

	public static Object getFromDB(String id)
	{
	System.out.println("缓慢地从内存中读取id="+id+"对应的数据。。。");
	return new String("value"+id);
	}

	public static void refreshCaches()
	{
		System.out.println("刷新缓存。。。");
		Set<String> keySet=cacheMap.keySet();
		Iterator it=keySet.iterator();
		while(it.hasNext())
		{
			String id=(String) it.next();
			Object val=getFromDB(id);
			cacheMap.put(id, new Cache(id,val));
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		Cache cache1=new Cache("1","value1");
		Cache cache2=new Cache("2","value2");
		CacheManager.putCache(cache1);
		CacheManager.putCache(cache2);
		CacheManager.getCache("3").showInfo();

		Thread refreshTD=new Thread()
		{
			public void run()
			{
				while(true)
				{
					refreshCaches();
					try {
						Thread.sleep(1000);//每一秒刷新一次
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
		};
		refreshTD.start();
	}
}

class Cache
{
	String id;//相当于主键
	Object val;

	public Cache(String id)
	{
		new Cache(id,null);
	}

	public Cache(String id,Object val)
	{
		this.id=id;
		this.val=val;
	}

	public void setValue(Object val)
	{
		this.val=val;
	}

	public void showInfo()
	{
		System.out.println("Cache的ID是:   "+id+"   Cache的值是:   "+val);
	}
}

问题4：上面你说的缓存是存在问题的，因为每次你都是统一刷新，有的数据刚刚在14min59s的时候上传的，你就得让它在1s后刷新吗？另外，有的数据变化的很快，不能15min刷新的，而是需要没1min刷新一次，你这样做真的好吗？还有，有的数据在这15min中之内都不会用到，还有必要刷新吗？

上述三个问题的确需要改进，那么我可以针对不同的缓存，并且在自由需要（发送请求+缓存不存在/失效）的时候才进行刷新，再进行优化。代码如下：

/**
 *  项目名称：
 *  文件说明：创建一个缓存管理器 lcx
 *  主要特点：
 *  版本号：1.0
 *  创建时间：2013-12-3
 **/
package NBOffer;

import java.util.Date;
import java.util.HashMap;

public class CacheManager {

	static HashMap<String,Cache> cacheMap=new HashMap<String,Cache>();

	public static Cache getCache(String id)
	{
		//对于不存在或者失效的缓存统一处理
		if(cacheMap.get(id)==null||!cacheMap.get(id).isValid())
		{
			Object val=getFromDB(id);
			Cache cache=new Cache(id,val);
			cache.latest=new Date();
			cacheMap.put(id, cache);
		}
		return cacheMap.get(id);
	}

	public static void putCache(Cache cache)
	{
		cache.latest=new Date();
		cacheMap.put(cache.id, cache);
	}

	public static Object getFromDB(String id)
	{
		System.out.println("缓慢地从内存中读取id="+id+"对应的数据。。。");
		return new String("value"+id);
	}

	public static void main(String[] args) {
		Cache cache1=new Cache("1","value1");
		Cache cache2=new Cache("2","value2");
		cache2.invalidTime=5000;//设置失效视角是5s
		CacheManager.putCache(cache1);
		CacheManager.putCache(cache2);
		try {
			Thread.sleep(6000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		CacheManager.getCache("1");
		CacheManager.getCache("2");
	}
}
class Cache
{
	String id;//相当于主键
	Object val;
	Date latest;//最近刷新时间
	long invalidTime=10000;//默认失效时间10s

	public Cache(String id)
	{
		new Cache(id,null);
	}

	public Cache(String id,Object val)
	{
		this.id=id;
		this.val=val;
	}

	public void setValue(Object val)
	{
		this.val=val;
	}

	/**
	 * 判断现在缓存是否有效
	 * @return
	 */
	public boolean isValid()
	{
		return (new Date()).getTime()-latest.getTime()<invalidTime;
	}

	public void showInfo()
	{
		System.out.println("Cache的ID是:   "+id+"   Cache的值是:   "+val);
	}
}

问题5：既然都做到这个份上了，那么关于缓存的几个名词都得说说了。

缓存命中率：缓存命中率=从缓存中读数/(缓存读数+磁盘读数)。

缓存失效：缓存超过了失效时间。过期了（也可能有其他原因）。

缓存穿透：对于并不存在的数据，每次都会想DB发送请求，对DB的危害非常大。

缓存雪崩：对于某个失效的缓存在短时间内大量访问，可能造成DB宕机。

缓存算法：LRU、LFU、LIFO

下一节，将针对不同的缓存算法进行研究。

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时间： 2024-10-10 13:50:09

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