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如何使用 Java 实现一个简单的内存缓存

发表于:2024-11-20 作者:千家信息网编辑
千家信息网最后更新 2024年11月20日,本篇内容主要讲解"如何使用 Java 实现一个简单的内存缓存",感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习"如何使用 Java 实现一个简单的内存缓存"吧!
千家信息网最后更新 2024年11月20日如何使用 Java 实现一个简单的内存缓存

本篇内容主要讲解"如何使用 Java 实现一个简单的内存缓存",感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习"如何使用 Java 实现一个简单的内存缓存"吧!

1. 场景


  • 在 Java 应用中,对于访问频率高,更新少的数据,通常的方案是将这类数据加入缓存中。相对从数据库中读取来说,读缓存效率会有很大提升。

  • 在集群环境下,常用的分布式缓存有 Redis、Memcached 等。但在某些业务场景上,可能不需要去搭建一套复杂的分布式缓存系统,在单机环境下,通常是会希望使用内部的缓存(LocalCache)。

2. 方案


  • 基于 JSR107 规范自研。

  • 基于 ConcurrentHashMap 实现数据缓存。

3. JSR107 规范


文档:https://jcp.org/en/jsr/detail?id=107(了解一下就行,没太大的应用)

目标
  • 为应用程序提供缓存 Java 对象的功能。

  • 定义了一套通用的缓存概念和工具。

  • 最小化开发人员使用缓存的学习成本。

  • 最大化应用程序在使用不同缓存实现之间的可移植性。

  • 支持进程内和分布式的缓存实现。

核心概念
  • Java Caching 定义了 5 个核心接口,分别是 CachingProvider、CacheManager、Cache、Entry 和 Expiry。

  • CachingProvider 定义了创建、配置、获取、管理和控制多个 CacheManager。一个应用可以在运行期间访问多个 CachingProvider。

  • CacheManager 定义了创建、配置、获取、管理和控制多个唯一命名的 Cache,这些 Cache 存在于 CacheManager 的上下文中。一个 CacheManager 仅被一个 CachingProvider 所拥有。

  • Cache 是一个类似 Map 的数据结构并临时存储以 key 为索引的值。一个 Cache 仅被一个 CacheManager 所拥有。

  • Entry 是一个存储在 Cache 中的 key-value 对。

  • 每一个存储在 Cache 中的条目有一个定义的有效期,即 Expiry Duration。一旦超过这个时间,条目为过期的状态。一旦过期,条目将不可访问、更新和删除。缓存有效期可以通过 ExpiryPolicy 设置。

4. 使用 Map 实现一个简单缓存


package com.study.cache.java;import java.lang.ref.SoftReference;import java.util.Optional;import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;/** * 使用 Map 实现一个简单的缓存功能 * @author 华夏紫穹 */public class MapCacheDemo {    // 使用 ConcurrentHashMap,线程安全的要求。    // 使用 SoftReference 作为映射值,因为软引用可以保证在抛出 OutOfMemory 之前,如果缺少内存,将删除引用的对象。    // 在构造函数中,我创建了一个守护程序线程,每 5 秒扫描一次并清理过期的对象。    private static final int CLEAN_UP_PERIOD_IN_SEC = 5;    private final ConcurrentHashMap> 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();    }    // 缓存对象 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 测试类 * @author 华夏紫穹 */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("从缓存中取出值:" + mapCacheDemo.get("uid_10001"));        Thread.sleep(5000L);        System.out.println("5 秒钟过后");        System.out.println("从缓存中取出值:" + mapCacheDemo.get("uid_10001"));        // 5 秒后数据自动清除了    }}

到此,相信大家对"如何使用 Java 实现一个简单的内存缓存"有了更深的了解,不妨来实际操作一番吧!这里是网站,更多相关内容可以进入相关频道进行查询,关注我们,继续学习!

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