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Java实现一个简单的缓存

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cache
  缓存是在web开发中经常用到的，将程序经常使用到或调用到的对象存在内存中，或者是耗时较长但又不具有实时性的查询数据放入内存中，在一定程度上可以提高性能和效率。下面我实现了一个简单的缓存，步骤如下。

创建缓存对象EntityCache.java

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public class EntityCache {
    /**
     * 保存的数据
     */
    private  Object datas;
    
    /**
     * 设置数据失效时间,为0表示永不失效
     */
    private  long timeOut;
    
    /**
     * 最后刷新时间
     */
    private  long lastRefeshTime;
    
    public EntityCache(Object datas, long timeOut, long lastRefeshTime) {
        this.datas = datas;
        this.timeOut = timeOut;
        this.lastRefeshTime = lastRefeshTime;
    }
    public Object getDatas() {
        return datas;
    }
    public void setDatas(Object datas) {
        this.datas = datas;
    }
    public long getTimeOut() {
        return timeOut;
    }
    public void setTimeOut(long timeOut) {
        this.timeOut = timeOut;
    }
    public long getLastRefeshTime() {
        return lastRefeshTime;
    }
    public void setLastRefeshTime(long lastRefeshTime) {
        this.lastRefeshTime = lastRefeshTime;
    }
    
    
}

定义缓存操作接口，ICacheManager.java

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public interface ICacheManager {
    /**
     * 存入缓存
     * @param key
     * @param cache
     */
    void putCache(String key, EntityCache cache);
    
    /**
     * 存入缓存
     * @param key
     * @param cache
     */
    void putCache(String key, Object datas, long timeOut);
    
    /**
     * 获取对应缓存
     * @param key
     * @return
     */
    EntityCache getCacheByKey(String key);
    
    /**
     * 获取对应缓存
     * @param key
     * @return
     */
    Object getCacheDataByKey(String key);
    
    /**
     * 获取所有缓存
     * @param key
     * @return
     */
    Map<String, EntityCache> getCacheAll();
    
    /**
     * 判断是否在缓存中
     * @param key
     * @return
     */
    boolean isContains(String key);
    
    /**
     * 清除所有缓存
     */
    void clearAll();
    
    /**
     * 清除对应缓存
     * @param key
     */
    void clearByKey(String key);
    
    /**
     * 缓存是否超时失效
     * @param key
     * @return
     */
    boolean isTimeOut(String key);
    
    /**
     * 获取所有key
     * @return
     */
    Set<String> getAllKeys();
}

实现接口ICacheManager，CacheManagerImpl.java

  这里我使用了ConcurrentHashMap来保存缓存，本来以为这样就是线程安全的，其实不然，在后面的测试中会发现它并不是线程安全的。

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public class CacheManagerImpl implements ICacheManager {
    private static Map<String, EntityCache> caches = new ConcurrentHashMap<String, EntityCache>();

    /**
     * 存入缓存
     * @param key
     * @param cache
     */
    public void putCache(String key, EntityCache cache) {
        caches.put(key, cache);
    }
    
    /**
     * 存入缓存
     * @param key
     * @param cache
     */
    public void putCache(String key, Object datas, long timeOut) {
        timeOut = timeOut > 0 ? timeOut : 0L;
        putCache(key, new EntityCache(datas, timeOut, System.currentTimeMillis()));
    }
    
    /**
     * 获取对应缓存
     * @param key
     * @return
     */
    public EntityCache getCacheByKey(String key) {
        if (this.isContains(key)) {
            return caches.get(key);
        }
        return null;
    }
    
    /**
     * 获取对应缓存
     * @param key
     * @return
     */
    public Object getCacheDataByKey(String key) {
        if (this.isContains(key)) {
            return caches.get(key).getDatas();
        }
        return null;
    }

    /**
     * 获取所有缓存
     * @param key
     * @return
     */
    public Map<String, EntityCache> getCacheAll() {
        return caches;
    }
    
    /**
     * 判断是否在缓存中
     * @param key
     * @return
     */
    public boolean isContains(String key) {
        return caches.containsKey(key);
    }

    /**
     * 清除所有缓存
     */
    public void clearAll() {
        caches.clear();
    }
    
    /**
     * 清除对应缓存
     * @param key
     */
    public void clearByKey(String key) {
        if (this.isContains(key)) {
            caches.remove(key);
        }
    }
    
    /**
     * 缓存是否超时失效
     * @param key
     * @return
     */
    public boolean isTimeOut(String key) {
        if (!caches.containsKey(key)) {
            return true;
        }
        EntityCache cache = caches.get(key);
        long timeOut = cache.getTimeOut();
        long lastRefreshTime = cache.getLastRefeshTime();
        if (timeOut == 0 || System.currentTimeMillis() - lastRefreshTime >= timeOut) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    /**
     * 获取所有key
     * @return
     */
    public Set<String>  getAllKeys() {
        return caches.keySet();
    }
}

CacheListener.java,监听失效数据并移除。

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public class CacheListener{
    Logger logger = Logger.getLogger("cacheLog");
    private CacheManagerImpl cacheManagerImpl;
    public CacheListener(CacheManagerImpl cacheManagerImpl) {
        this.cacheManagerImpl = cacheManagerImpl;
    }
    
    public void startListen() {
        new Thread(){
            public void run() {
                while (true) {
                    for(String key : cacheManagerImpl.getAllKeys()) {
                        if (cacheManagerImpl.isTimeOut(key)) {
                         cacheManagerImpl.clearByKey(key);
                         logger.info(key + "缓存被清除");
                     }
                    } 
                }
            }  
        }.start();
    
    }
}

测试类TestCache.java

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public class TestCache {
    Logger logger = Logger.getLogger("cacheLog");
    /**
     * 测试缓存和缓存失效
     */
    @Test
    public void testCacheManager() {
        CacheManagerImpl cacheManagerImpl = new CacheManagerImpl();
        cacheManagerImpl.putCache("test", "test", 10 * 1000L);
        cacheManagerImpl.putCache("myTest", "myTest", 15 * 1000L);
        CacheListener cacheListener = new CacheListener(cacheManagerImpl);
        cacheListener.startListen();
        logger.info("test:" + cacheManagerImpl.getCacheByKey("test").getDatas());
        logger.info("myTest:" + cacheManagerImpl.getCacheByKey("myTest").getDatas());
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        logger.info("test:" + cacheManagerImpl.getCacheByKey("test"));
        logger.info("myTest:" + cacheManagerImpl.getCacheByKey("myTest"));
    }
    
    /**
     * 测试线程安全
     */
    @Test
    public void testThredSafe() {
        final String key = "thread";
        final CacheManagerImpl cacheManagerImpl = new CacheManagerImpl();
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            exec.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                        if (!cacheManagerImpl.isContains(key)) {
                            cacheManagerImpl.putCache(key, 1, 0);
                        } else {
                            //因为+1和赋值操作不是原子性的，所以把它用synchronize块包起来
                            synchronized (cacheManagerImpl) {
                               int value = (Integer) cacheManagerImpl.getCacheDataByKey(key) + 1; 
                               cacheManagerImpl.putCache(key,value , 0);
                            }
                        }
                }
            });
        }
        exec.shutdown();  
        try {
            exec.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }  
        
        logger.info(cacheManagerImpl.getCacheDataByKey(key).toString());
    }
}

testCacheManager()输出结果如下：

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2017-4-17 10:33:51 io.github.brightloong.cache.TestCache testCacheManager
信息: test:test
2017-4-17 10:33:51 io.github.brightloong.cache.TestCache testCacheManager
信息: myTest:myTest
2017-4-17 10:34:01 io.github.brightloong.cache.CacheListener$1 run
信息: test缓存被清除
2017-4-17 10:34:06 io.github.brightloong.cache.CacheListener$1 run
信息: myTest缓存被清除
2017-4-17 10:34:11 io.github.brightloong.cache.TestCache testCacheManager
信息: test:null
2017-4-17 10:34:11 io.github.brightloong.cache.TestCache testCacheManager
信息: myTest:null

testThredSafe()输出结果如下（选出了各种结果中的一个举例）：

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2017-4-17 10:35:36 io.github.brightloong.cache.TestCache testThredSafe
信息: 96

可以看到并不是预期的结果100，为什么呢？ConcurrentHashMap只能保证单次操作的原子性，但是当复合使用的时候，没办法保证复合操作的原子性，以下代码：

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if (!cacheManagerImpl.isContains(key)) {
                            cacheManagerImpl.putCache(key, 1, 0);
                        }

多线程的时候回重复更新value，设置为1，所以出现结果不是预期的100。所以办法就是在CacheManagerImpl.java中都加上synchronized，但是这样一来相当于操作都是串行，使用ConcurrentHashMap也没有什么意义，不过只是简单的缓存还是可以的。或者对测试方法中的run里面加上synchronized块也行，都是大同小异。更高效的方法我暂时也想不出来，希望大家能多多指教。

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