实现 Java 本地缓存的方法解析
缓存，我相信大家对它一定不陌生，在项目中，缓存肯定是必不可少的。市面上有非常多的缓存工具，比如Redis、GuavaCache或者EHcache。对于这些工具，我想大家肯定都非常熟悉，所以今天我们不聊它们，我们来聊一聊如何实现本地缓存。参考上面几种工具，要实现一个较好的本地缓存，平头哥认为要从以下三个方面开始。
1、存储集合的选择
实现本地缓存，存储容器肯定是key/value形式的数据结构，在Java中，也就是我们常用的Map集合。Map中有HashMap、Hashtable、ConcurrentHashMap几种供我们选择，如果不考虑高并发情况下数据安全问题，我们可以选择HashMap，如果考虑高并发情况下数据安全问题，我们可以选择Hashtable、ConcurrentHashMap中的一种集合，但是我们优先选择ConcurrentHashMap，因为ConcurrentHashMap的性能比Hashtable要好。
2、过期缓存处理
因为缓存直接存储在内存中，如果我们不处理过期缓存，内存将被大量无效缓存占用，这不是我们想要的，所以我们需要清理这些失效的缓存。过期缓存处理可以参考Redis的策略来实现，Redis采用的是定期删除+懒惰淘汰策略。
定期删除策略
定期删除策略是每隔一段时间检测已过期的缓存，并且降之删除。这个策略的优点是能够确保过期的缓存都会被删除。同时也存在着缺点，过期的缓存不一定能够及时的被删除，这跟我们设置的定时频率有关系，另一个缺点是如果缓存数据较多时，每次检测也会给cup带来不小的压力。
懒惰淘汰策略
懒惰淘汰策略是在使用缓存时，先判断缓存是否过期，如果过期将它删除，并且返回空。这个策略的优点是只有在查找的时候，才判断是否过期，对CUP影响较。同时这种策略有致命的缺点，当存入了大量的缓存，这些缓存都没有被使用并且已过期，都将成为无效缓存，这些无效的缓存将占用你大量的内存空间，最后导致服务器内存溢出。
我们简单的了解了一下Redis的两种过期缓存处理策略，每种策略都存在自己的优缺点。所以我们在使用过程中，可以将两种策略组合起来，结合效果还是非常理想的。
3、缓存淘汰策略
缓存淘汰跟过期缓存处理要区别开来，缓存淘汰是指当我们的缓存个数达到我们指定的缓存个数时，毕竟我们的内存不是无限的。如果我们需要继续添加缓存的话，我们就需要在现有的缓存中根据某种策略淘汰一些缓存，给新添加的缓存腾出位置，下面一起来认识几种常用的缓存淘汰策略。
先进先出策略
最先进入缓存的数据在缓存空间不够的情况下会被优先被清除掉，以腾出新的空间接受新的数据。该策略主要比较缓存元素的创建时间。在一些对数据实效性要求比较高的场景下，可考虑选择该类策略，优先保障最新数据可用。
最少使用策略
无论是否过期，根据元素的被使用次数判断，清除使用次数较少的元素释放空间。该策略主要比较元素的hitCount（命中次数），在保证高频数据有效性场景下，可选择这类策略。
最近最少使用策略
无论是否过期，根据元素最后一次被使用的时间戳，清除最远使用时间戳的元素释放空间。该策略主要比较缓存最近一次被get使用时间。在热点数据场景下较适用，优先保证热点数据的有效性。
随机淘汰策略
无论是否过期，随机淘汰某个缓存，如果对缓存数据没有任何要求，可以考虑使用该策略。
不淘汰策略
当缓存达到指定值之后，不淘汰任何缓存，而是不能新增缓存，直到有缓存淘汰时，才能继续添加缓存。
上面是实现本地缓存需要考虑的三个点，看完我们应该知该如何实现一个本地缓存了，不妨我们一起来实现一个本地缓存。
实现本地缓存
在该Demo中，我们采用ConcurrentHashMap作为存储集合，这样即使在高并发的情况下，我们也能够保证缓存的安全。过期缓存处理在这里我只使用了定时删除策略，并没有使用定时删除+懒惰淘汰策略，你可以自己动手尝试一下使用这两种策略进行过期缓存处理。在缓存淘汰方面，我在这里采用了最少使用策略。好了，技术选型都知道了，我们一起来看看代码实现。
缓存对象类
publicclassCacheimplementsComparable{ //键 privateObjectkey; //缓存值 privateObjectvalue; //最后一次访问时间 privatelongaccessTime; //创建时间 privatelongwriteTime; //存活时间 privatelongexpireTime; //命中次数 privateIntegerhitCount; ...getter/setter()...
添加缓存
/**
*添加缓存
*
*@paramkey
*@paramvalue
*/
publicvoidput(Kkey,Vvalue,longexpire){
checkNotNull(key);
checkNotNull(value);
//当缓存存在时，更新缓存
if(concurrentHashMap.containsKey(key)){
Cachecache=concurrentHashMap.get(key);
cache.setHitCount(cache.getHitCount()+1);
cache.setWriteTime(System.currentTimeMillis());
cache.setAccessTime(System.currentTimeMillis());
cache.setExpireTime(expire);
cache.setValue(value);
return;
}
//已经达到最大缓存
if(isFull()){
ObjectkickedKey=getKickedKey();
if(kickedKey!=null){
//移除最少使用的缓存
concurrentHashMap.remove(kickedKey);
}else{
return;
}
}
Cachecache=newCache();
cache.setKey(key);
cache.setValue(value);
cache.setWriteTime(System.currentTimeMillis());
cache.setAccessTime(System.currentTimeMillis());
cache.setHitCount(1);
cache.setExpireTime(expire);
concurrentHashMap.put(key,cache);
}
获取缓存
/**
*获取缓存
*
*@paramkey
*@return
*/
publicObjectget(Kkey){
checkNotNull(key);
if(concurrentHashMap.isEmpty())returnnull;
if(!concurrentHashMap.containsKey(key))returnnull;
Cachecache=concurrentHashMap.get(key);
if(cache==null)returnnull;
cache.setHitCount(cache.getHitCount()+1);
cache.setAccessTime(System.currentTimeMillis());
returncache.getValue();
}
获取最少使用的缓存
/**
*获取最少使用的缓存
*@return
*/
privateObjectgetKickedKey(){
Cachemin=Collections.min(concurrentHashMap.values());
returnmin.getKey();
}
过期缓存检测方法
/**
*处理过期缓存
*/
classTimeoutTimerThreadimplementsRunnable{
publicvoidrun(){
while(true){
try{
TimeUnit.SECONDS.sleep(60);
expireCache();
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
*创建多久后，缓存失效
*
*@throwsException
*/
privatevoidexpireCache()throwsException{
System.out.println("检测缓存是否过期缓存");
for(Objectkey:concurrentHashMap.keySet()){
Cachecache=concurrentHashMap.get(key);
longtimoutTime=TimeUnit.NANOSECONDS.toSeconds(System.nanoTime()
-cache.getWriteTime());
if(cache.getExpireTime()>timoutTime){
continue;
}
System.out.println("清除过期缓存："+key);
//清除过期缓存
concurrentHashMap.remove(key);
}
}
}
上面是主要代码，完整的代码我已经上传至GitHub
本文从实现本地缓存的设计角度，一起简单的探讨了一下实现本地缓存需要注意的地方，其实这些也是缓存的核心技术，不管是Redis、GuavaCache还是EHcache或者其他缓存工具，它们在实现原理上，跟我们本地缓存的实现原理都差不多。只要我们理解了本地缓存的实现原理，在去学习这些缓存工具，我相信还是会比较轻松的。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持毛票票。