Java实现本地缓存的几种方式

时间：2025-02-15 19:21:17

一、概念

引入缓存，主要用于实现系统的高性能，高并发。将数据库查询出来的数据放入缓存服务中，因为缓存是存储在内存中的，内存的读写性能远超磁盘的读写性能，所以访问的速度非常快。但是电脑重启后，内存中的数据会全部清除，而磁盘中的数据虽然读写性能很差，但是数据不会丢失。

二、手写本地缓存

首先创建一个缓存实体类

package ;

import ;

/**
 * @author qx
 * @date 2023/7/27
 * @des 自定义缓存实体类
 */
@Data
public class MyCache {

    /**
     * 键
     */
    private String key;

    /**
     * 值
     */
    private Object value;

    /**
     * 过期时间
     */
    private Long expireTime;

}

接着我们编写一个缓存操作的工具类

package ;

import ;

import ;
import ;
import ;
import ;
import ;
import ;
import ;

/**
 * @author qx
 * @date 2023/7/27
 * @des 自定义本地缓存工具类
 */
public class CacheUtil {

    /**
     * 缓存数据Map
     */
    private static final Map<String, MyCache> CACHE_MAP = new ConcurrentHashMap<>();

    /**
     * 定时器线程池，用于清除过期缓存
     */
    private static final ScheduledExecutorService executorService = ();

    static {
        // 注册一个定时线程任务，服务启动1秒之后，每隔500毫秒执行一次
        // 定时清理过期缓存
        (CacheUtil::clearCache, 1000, 500, );
    }

    /**
     * 添加缓存
     *
     * @param key    缓存键
     * @param value  缓存值
     * @param expire 过期时间，单位秒
     */
    public static void put(String key, Object value, long expire) {
        MyCache myCache = new MyCache();
        (key);
        (value);
        if (expire > 0) {
            long expireTime = () + (expire).toMillis();
            (expireTime);
        }
        CACHE_MAP.put(key, myCache);
    }

    /**
     * 获取缓存
     *
     * @param key 缓存键
     * @return 缓存数据
     */
    public static Object get(String key) {
        if (CACHE_MAP.containsKey(key)) {
            return CACHE_MAP.get(key).getValue();
        }
        return null;
    }

    /**
     * 移除缓存
     *
     * @param key 缓存键
     */
    public static void remove(String key) {
        CACHE_MAP.remove(key);
    }

    /**
     * 清理过期的缓存数据
     */
    private static void clearCache() {
        if (CACHE_MAP.size() <= 0) {
            return;
        }
        // 判断是否过期 过期就从缓存Map删除这个元素
        CACHE_MAP.entrySet().removeIf(entry -> ().getExpireTime() != null && ().getExpireTime() > ());
    }
}

最后，我们来测试一下缓存服务

package ;

import ;
import ;
import ;

import ;

@SpringBootTest
class VueSpringBootApplicationTests {

    @Test
    void contextLoads() throws InterruptedException {
        // 写入缓存数据 2秒后过期
        ("name", "qx", 2);

        Object value1 = ("name");
        ("第一次查询结果：" + value1);

        // 停顿3秒
        (3);

        Object value2 = ("name");
        ("第二次查询结果：" + value2);
    }

}

启动测试，我们从控制台的返回看到输出结果和我们的预期一致!

第一次查询结果：qx
第二次查询结果：null

实现思路其实很简单，采用ConcurrentHashMap作为缓存数据存储服务，然后开启一个定时调度，每隔500毫秒检查一下过期的缓存数据，然后清除掉！

三、基于Guava Cache实现本地缓存

相比自己编写的缓存服务，Guava Cache 要强大的多，支持很多特性如下：

  • 支持最大容量限制

  • 支持两种过期删除策略（插入时间和读取时间）

  • 支持简单的统计功能

  • 基于 LRU 算法实现

1.添加gugva的依赖

 <!--guava-->
        <dependency>
            <groupId></groupId>
            <artifactId>guava</artifactId>
            <version>31.1-jre</version>
        </dependency>

2.测试

    @Test
    void testGuava() throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 创建一个缓存实例
        Cache<String, String> cache = ()
                // 初始容量
                .initialCapacity(5)
                // 最大缓存数，超出淘汰
                .maximumSize(10)
                // 过期时间 设置写入3秒后过期
                .expireAfterWrite(3, )
                .build();

        // 写入缓存数据
        ("name", "qq");

        // 读取缓存数据
        String value1 = ("name", () -> "key过期");
        ("第一次查询结果：" + value1);

        // 停顿4秒
        (4);


        // 读取缓存数据
        String value2 = ("name", () -> "key过期");
        ("第二次查询结果：" + value2);
    }

启动测试，我们从控制台的返回看到输出结果和我们的预期一致!

第一次查询结果：qq
第二次查询结果：key过期

四、基于 Caffeine 实现本地缓存

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。

1.引入Caffeine

   <!--caffeine-->
        <dependency>
            <groupId></groupId>
            <artifactId>caffeine</artifactId>
            <version>2.9.3</version>
        </dependency>

2.测试

  @Test
    void testCaffeine() throws InterruptedException {
        // 创建一个缓存实例
        Cache<String, String> cache = ()
                // 初始容量
                .initialCapacity(5)
                // 最大缓存数，超出淘汰
                .maximumSize(10)
                // 设置缓存写入间隔多久过期
                .expireAfterWrite(3, )
                // 设置缓存最后访问后间隔多久淘汰，实际很少用到
                .build();

        // 写入缓存数据
        ("userName", "张三");

        // 读取缓存数据
        String value1 = ("userName", (key) -> {
            // 如果key不存在，会执行回调方法
            return "key已过期";
        });
        ("第一次查询结果：" + value1);

        // 停顿4秒
        (4000);

        // 读取缓存数据
        String value2 = ("userName", (key) -> {
            // 如果key不存在，会执行回调方法
            return "key已过期";
        });
        ("第二次查询结果：" + value2);
    }

输出结果:

第一次查询结果：张三
第二次查询结果：key已过期

五、基于 Encache 实现本地缓存

1.引入ehcache依赖

 <!--ehcache-->
        <dependency>
            <groupId></groupId>
            <artifactId>ehcache</artifactId>
            <version>3.9.7</version>
        </dependency>

2.自定义过期策略实现

package ;

import ;

import ;
import ;
import ;
import ;
import ;

/**
 * @author qx
 * @date 2023/7/27
 * @des 自定义过期策略实现
 */
public class CustomExpiryPolicy<K, V> implements ExpiryPolicy<K, V> {
    private final Map<K, Duration> keyExpireMap = new ConcurrentHashMap();


    public Duration setExpire(K key, Duration duration) {
        return (key, duration);
    }

    public Duration getExpireByKey(K key) {
        return ((key))
                .orElse(null);
    }

    public Duration removeExpire(K key) {
        return (key);
    }

    @Override
    public Duration getExpiryForCreation(K key, V value) {
        return (getExpireByKey(key))
                .orElse((Long.MAX_VALUE));
    }

    @Override
    public Duration getExpiryForAccess(K key, Supplier<? extends V> value) {
        return getExpireByKey(key);
    }

    @Override
    public Duration getExpiryForUpdate(K key, Supplier<? extends V> oldValue, V newValue) {
        return getExpireByKey(key);
    }
}

3.测试

package ;

import ;
import ;
import ;
import ;
import ;

import ;

/**
 * @author qx
 * @date 2023/7/27
 * @des 测试Encache
 */
public class EncacheTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        String userCache = "userCache";

        // 自定义过期策略
        CustomExpiryPolicy<Object, Object> customExpiryPolicy = new CustomExpiryPolicy<>();

        // 声明一个容量为20的堆内缓存配置
        CacheConfigurationBuilder configurationBuilder = CacheConfigurationBuilder
                .newCacheConfigurationBuilder(, , (20))
                .withExpiry(customExpiryPolicy);

        // 初始化一个缓存管理器
        CacheManager cacheManager = ()
                // 创建cache实例
                .withCache(userCache, configurationBuilder)
                .build(true);

        // 获取cache实例
        Cache<String, String> cache = (userCache, , );
        // 获取过期策略
        CustomExpiryPolicy expiryPolicy = (CustomExpiryPolicy) ().getExpiryPolicy();

        // 写入缓存数据
        ("userName", "张三");
        // 设置3秒过期
        ("userName", (3));

        // 读取缓存数据
        String value1 = ("userName");
        ("第一次查询结果：" + value1);

        // 停顿4秒
        (4000);

        // 读取缓存数据
        String value2 = ("userName");
        ("第二次查询结果：" + value2);
    }
}

输出结果:

第一次查询结果：张三
第二次查询结果：null

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