Guava CacheBuilder 本地缓存的使用

最新推荐文章于 2025-10-07 14:53:25 发布

原创最新推荐文章于 2025-10-07 14:53:25 发布 · 4k 阅读

5 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#缓存 #guava

Java 基础专栏收录该内容

44 篇文章

订阅专栏

本文详细介绍Guava库中的缓存组件CacheBuilder的使用方法，包括容量限制、定时回收、基于引用回收等策略，以及CacheLoader加载缓存、监听器使用和缓存统计等功能。

基于容量的回收（size-based eviction）

定时回收（Timed Eviction）

基于引用的回收（Reference-based Eviction）

显式清除缓存数据

移除监听器

统计数据

前言

Guava工程包含了若干被Google的 Java项目广泛依赖的核心库，例如：集合 [collections] 、缓存 [caching] 、原生类型支持 [primitives support] 、并发库 [concurrency libraries] 、通用注解 [common annotations] 、字符串处理 [string processing] 、I/O 等等。本文主要介绍其中的一个缓存相关的组件工具类CacheBuilder的使用方式。

引用的maven依赖，使用的是guava缓存机制

<dependency>
    <groupId>com.google.guava</groupId>
    <artifactId>guava</artifactId>
    <version>11.0.2</version>
</dependency>

CacheBuilder代码截图

使用示例代码举例

LoadingCache<Key, Graph> graphs = CacheBuilder.newBuilder()
        .maximumSize(1000)
        .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES)
        .removalListener(MY_LISTENER)
        .build(
            new CacheLoader<Key, Graph>() {
                public Graph load(Key key) throws AnyException {
                    return createExpensiveGraph(key);
                }
        });

——————————————————

 Cache<Object, Object> cache = CacheBuilder.newBuilder()
 				//	容量大小
                .maximumSize(4)
                // 设置内部哈希表的大小
                .initialCapacity(16)
                // 并发数
                .concurrencyLevel(4)
                // 开启统计功能
                .recordStats()
                // 设置一个remove监听器
                .removalListener(new RemovalListener<Object, Object>() {

                    @Override
                    public void onRemoval(RemovalNotification<Object, Object> notification) {
                        // TODO 
                    }
                })
                // 定时回收
                .expireAfterAccess(30, TimeUnit.MINUTES)
                .build();
——————————

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException{
        //缓存接口这里是LoadingCache，LoadingCache在缓存项不存在时可以自动加载缓存
        LoadingCache<Integer,Student> studentCache
                //CacheBuilder的构造函数是私有的，只能通过其静态方法newBuilder()来获得CacheBuilder的实例
                = CacheBuilder.newBuilder()
                //设置并发级别为8，并发级别是指可以同时写缓存的线程数
                .concurrencyLevel(8)
                //设置写缓存后8秒钟过期
                .expireAfterWrite(8, TimeUnit.SECONDS)
                //设置缓存容器的初始容量为10
                .initialCapacity(10)
                //设置缓存最大容量为100，超过100之后就会按照LRU最近虽少使用算法来移除缓存项
                .maximumSize(100)
                //设置要统计缓存的命中率
                .recordStats()
                //设置缓存的移除通知
                .removalListener(new RemovalListener<Object, Object>() {
                    @Override
                    public void onRemoval(RemovalNotification<Object, Object> notification) {
                        System.out.println(notification.getKey() + " was removed, cause is " + notification.getCause());
                    }
                })
                //build方法中可以指定CacheLoader，在缓存不存在时通过CacheLoader的实现自动加载缓存
                .build(
                        new CacheLoader<Integer, Student>() {
                            @Override
                            public Student load(Integer key) throws Exception {
                                System.out.println("load student " + key);
                                Student student = new Student();
                                student.setId(key);
                                student.setName("name " + key);
                                return student;
                            }
                        }
                );
 
        for (int i=0;i<20;i++) {
            //从缓存中得到数据，由于我们没有设置过缓存，所以需要通过CacheLoader加载缓存数据
            Student student = studentCache.get(1);
            System.out.println(student);
            //休眠1秒
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        }
 
        System.out.println("cache stats:");
        //最后打印缓存的命中率等 情况
        System.out.println(studentCache.stats().toString());
    }

CacheLoader加载

在使用缓存前，首先问自己一个问题：有没有合理的默认方法来加载或计算与键关联的值？如果有的话，你应当使用CacheLoader。如果没有，或者你想要覆盖默认的加载运算，同时保留"获取缓存-如果没有-则计算"[get-if-absent-compute]的原子语义，你应该在调用get时传入一个Callable实例。缓存元素也可以通过Cache.put方法直接插入，但自动加载是首选的，因为它可以更容易地推断所有缓存内容的一致性。

LoadingCache是附带CacheLoader构建而成的缓存实现。

创建自己的CacheLoader通常只需要简单地实现V load(K key) throws Exception方法。例如，你可以用下面的代码构建LoadingCache：

LoadingCache<Key, Graph> graphs = CacheBuilder.newBuilder()
        .maximumSize(1000)
        .build(
            new CacheLoader<Key, Graph>() {
                public Graph load(Key key) throws AnyException {
                    return createExpensiveGraph(key);
                }
            });

...
//获取本地缓存的数据
try {
    return graphs.get(key);
} catch (ExecutionException e) {
    throw new OtherException(e.getCause());
}

从LoadingCache查询的正规方式是使用get(K)方法。这个方法要么返回已经缓存的值，要么使用CacheLoader向缓存原子地加载新值。由于CacheLoader可能抛出异常，LoadingCache.get(K)也声明为抛出ExecutionException异常。如果你定义的CacheLoader没有声明任何检查型异常，则可以通过getUnchecked(K)查找缓存；但必须注意，一旦CacheLoader声明了检查型异常，就不可以调用getUnchecked(K)。

LoadingCache<Key, Graph> graphs = CacheBuilder.newBuilder()
        .expireAfterAccess(10, TimeUnit.MINUTES)
        .build(
            new CacheLoader<Key, Graph>() {
                public Graph load(Key key) { // no checked exception
                    return createExpensiveGraph(key);
                }
            });

...
return graphs.getUnchecked(key);

缓存回收

一个残酷的现实是，我们几乎一定没有足够的内存缓存所有数据。你你必须决定：什么时候某个缓存项就不值得保留了？

Guava Cache提供了三种基本的缓存回收方式：基于容量回收、定时回收和基于引用回收。

基于容量的回收（size-based eviction）

如果要规定缓存项的数目不超过固定值，只需使用CacheBuilder.maximumSize(long)，设置缓存大小。缓存将尝试回收最近没有使用或总体上很少使用的缓存项。

警告：在缓存项的数目达到限定值之前，缓存就可能进行回收操作。通常来说，这种情况发生在缓存项的数目逼近限定值时。

另外，不同的缓存项有不同的“权重”（weights）。例如，如果你的缓存值，占据完全不同的内存空间，你可以使用CacheBuilder.weigher(Weigher)指定一个权重函数，并且用CacheBuilder.maximumWeight(long)指定最大总重，并且不能和maximumSize一起使用。在权重限定场景中，除了要注意回收也是在重量逼近限定值时就进行了，还要知道重量是在缓存创建时计算的，因此要考虑重量计算的复杂度。

LoadingCache<Key, Graph> graphs = CacheBuilder.newBuilder()
        .maximumWeight(100000)
        .weigher(new Weigher<Key, Graph>() {
            public int weigh(Key k, Graph g) {
                return g.vertices().size();
            }
        })
        .build(
            new CacheLoader<Key, Graph>() {
                public Graph load(Key key) { // no checked exception
                    return createExpensiveGraph(key);
                }
            });

定时回收（Timed Eviction）

CacheBuilder提供两种定时回收的方法：

expireAfterAccess(long, TimeUnit)：缓存项在给定时间内没有被读/写访问，则回收。请注意这种缓存的回收顺序和基于大小回收一样。
expireAfterWrite(long, TimeUnit)：缓存项在给定时间内没有被写访问（创建或覆盖），则回收。如果认为缓存数据总是在固定时候后变得陈旧不可用，这种回收方式是可取的。

基于引用的回收（Reference-based Eviction）

通过使用弱引用的键、或弱引用的值、或软引用的值，Guava Cache可以把缓存设置为允许垃圾回收：

CacheBuilder.weakKeys()：使用弱引用存储键。当键没有其它（强或软）引用时，缓存项可以被垃圾回收。因为垃圾回收仅依赖恒等式（==），使用弱引用键的缓存用==而不是equals比较键。
CacheBuilder.weakValues()：使用弱引用存储值。当值没有其它（强或软）引用时，缓存项可以被垃圾回收。因为垃圾回收仅依赖恒等式（==），使用弱引用值的缓存用==而不是equals比较值。
CacheBuilder.softValues()：使用软引用存储值。软引用只有在响应内存需要时，才按照全局最近最少使用的顺序回收。考虑到使用软引用的性能影响，我们通常建议使用更有性能预测性的缓存大小限定（见上文，基于容量回收）。使用软引用值的缓存同样用==而不是equals比较值。

显式清除缓存数据

任何时候，你都可以显式地清除缓存项，而不是等到它被回收：

个别清除：Cache.invalidate(key)
批量清除：Cache.invalidateAll(keys)
清除所有缓存项：Cache.invalidateAll()

移除监听器

通过CacheBuilder.removalListener(RemovalListener)，你可以声明一个监听器，以便缓存项被移除时做一些额外操作。缓存项被移除时，RemovalListener会获取移除通知[RemovalNotification]，其中包含移除原因[RemovalCause]、键和值。

请注意，RemovalListener抛出的任何异常都会在记录到日志后被丢弃[swallowed]。

CacheLoader<Key, DatabaseConnection> loader = new CacheLoader<Key, DatabaseConnection> () {
    public DatabaseConnection load(Key key) throws Exception {
        return openConnection(key);
    }
};

RemovalListener<Key, DatabaseConnection> removalListener = new RemovalListener<Key, DatabaseConnection>() {
    public void onRemoval(RemovalNotification<Key, DatabaseConnection> removal) {
        DatabaseConnection conn = removal.getValue();
        conn.close(); // tear down properly
    }
};

return CacheBuilder.newBuilder()
    .expireAfterWrite(2, TimeUnit.MINUTES)
    .removalListener(removalListener)
    .build(loader);

警告：默认情况下，监听器方法是在移除缓存时同步调用的。因为缓存的维护和请求响应通常是同时进行的，代价高昂的监听器方法在同步模式下会拖慢正常的缓存请求。在这种情况下，你可以使用RemovalListeners.asynchronous(RemovalListener, Executor)把监听器装饰为异步操作。

统计数据

CacheBuilder.recordStats()用来开启Guava Cache的统计功能。统计打开后，Cache.stats()方法会返回CacheStats对象以提供如下统计信息：

hitRate()：缓存命中率；

averageLoadPenalty()：加载新值的平均时间，单位为纳秒；

evictionCount()：缓存项被回收的总数，不包括显式清除。

public final class CacheStats {
  // 命中次数
  private final long hitCount;
  // miss次数
  private final long missCount;
  // 添加成功次数
  private final long loadSuccessCount;
  // 添加失败次数
  private final long loadExceptionCount;
  // 总负载时间
  private final long totalLoadTime;
  // 驱逐统计
  private final long evictionCount;
 .......

}

通过CacheStats.hitRate()方法获取命中率，计算方式：hitCount /（hitCount+missCount）
missRate()方法与此类似，计算方式：missCount /（hitCount+missCount）

此外，还有其他很多统计信息。这些统计信息对于调整缓存设置是至关重要的，在性能要求高的应用中我们建议密切关注这些数据。