本地进程缓存 Caffeine

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前言

缓存在日常开发中启动至关重要的作用，由于是存储在内存中，数据的读取速度是非常快的，能大量减少对数据库的访问，减少数据库的压力。我们把缓存分为两类：

• 分布式缓存，例如Redis：
  • 优点：存储容量更大、可靠性更好、可以在集群间共享
  • 缺点：访问缓存有网络开销
  • 场景：缓存数据量较大、可靠性要求较高、需要在集群间共享
• 进程本地缓存，例如HashMap、GuavaCache：
  • 优点：读取本地内存，没有网络开销，速度更快
  • 缺点：存储容量有限、可靠性较低、无法共享
  • 场景：性能要求较高，缓存数据量较小

一、 什么是Caffeine?

Caffeine是一个基于Java8开发的，提供了近乎最佳命中率的高性能的本地缓存库。目前Spring内部的缓存使用的就是Caffeine。

• Caffeine是基于java8实现的新一代缓存工具，缓存性能接近理论最优，可以看作是Guava Cache的增强版，功能上两者类似。
• 不同的是Caffeine采用了一种结合LRU、LFU优点的算法W-TinyLFU在性能上有明显的优越性。

• ConcurrentMap将存储所有存入的数据，直到你显式将其移除；
• Caffeine将通过给定的配置，自动移除“不常用”的数据，以保持内存的合理占用。

因此，一种更好的理解方式是：Cache是一种带有存储和移除策略的Map。

GitHub地址：https://github.com/ben-manes/caffeine

二、Caffeine的基本使用

使用Caffeine，需要在工程中引入如下依赖

	<dependency>
		  <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId>
		  <artifactId>caffeine</artifactId>
		  <!--https://mvnrepository.com/artifact/com.github.ben-manes.caffeine/caffeinez找最新版-->
		  <version>2.9.0</version>
	</dependency>

public class CaffeineTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 构建cache对象
        Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder().build();

        // 存数据
        cache.put("key", "value");

        // 取数据
        String key= cache.getIfPresent("key");
        System.out.println("key= " + key);

        // 取数据，包含两个参数：
        // 参数一：缓存的key
        // 参数二：Lambda表达式，表达式参数就是缓存的key，方法体是查询数据库的逻辑
        // 优先根据key查询JVM缓存，如果未命中，则执行参数二的Lambda表达式
        String defaultKey = cache.get("defaultKey ", k -> {
            // 根据key去数据库查询数据
            return "value";
        });

        System.out.println("defaultKey = " + defaultKey );
    }
}

三、清除策略

Caffeine既然是缓存的一种，肯定需要有缓存的清除策略，不然的话内存总会有耗尽的时候。

• 基于容量：设置缓存的数量上限

  // 创建缓存对象
  Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()
      .maximumSize(1) // 设置缓存大小上限为 1
      .build();
  

• 基于时间：设置缓存的有效时间

  // 创建缓存对象
  Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()
      // 设置缓存有效期为 10 秒，从最后一次写入开始计时 
      .expireAfterWrite(Duration.ofSeconds(10)) 
      .build();
  

• 基于引用：设置缓存为软引用或弱引用，利用GC来回收缓存数据。性能较差，不建议使用。

注意：在默认情况下，当一个缓存元素过期的时候，Caffeine不会自动立即将其清理和驱逐。而是在一次读或写操作后，或者在空闲时间完成对失效数据的驱逐。

四、实现JVM进程缓存

首先，我们需要定义两个Caffeine的缓存对象，定义CaffeineConfig类：

@Configuration
public class CaffeineConfig {

    @Bean
    public Cache<Long, Item> itemCache(){
        return Caffeine.newBuilder()
                .initialCapacity(100)
                .maximumSize(10_000)
                .build();
    }

    @Bean
    public Cache<Long, ItemStock> stockCache(){
        return Caffeine.newBuilder()
                .initialCapacity(100)
                .maximumSize(10_000)
                .build();
    }
}

添加缓存逻辑：

@RestController
@RequestMapping("item")
public class ItemController {

    @Autowired
    private IItemService itemService;
    
    @Autowired
    private IItemStockService stockService;

    @Autowired
    private Cache<Long, Item> itemCache;
    
    @Autowired
    private Cache<Long, ItemStock> stockCache;
    
    // ...其它略
    
    @GetMapping("/{id}")
    public Item findById(@PathVariable("id") Long id) {
        return itemCache.get(id, key -> itemService.getById(key));
    }

    @GetMapping("/stock/{id}")
    public ItemStock findStockById(@PathVariable("id") Long id) {
        return stockCache.get(id, key -> stockService.getById(key));
    }
}