java实现本地缓存

缓存

缓存，将程序或系统中重复用到的数据缓存在内存中，加快访问速度，减少系统开销，提高系统效率的方案。

数据存储方式主要分2种：

1. 文件 数据保存在文件中，做持久化。
2. 内存 数据保存在内存中，也就是创建一个静态内存区域，本文中数据保存在静态区域，使用MAP保存key\value数据。

开源缓存框架

• Redis
  Redis是基于内存、可持久化的日志型、Key-Value数据库高性能存储系统，并提供多种语言的API.
• memcached
  是一个自由开源的，高性能，分布式内存对象缓存系统。基于内存的key-value存储，用来存储小块的任意数据（字符串、对象）。

解决场景

目前在开发的项目中，不希望引入太多外部服务，引入分布式缓存框架例如Redis，还需要部署与维护，这会大大增加对项目的维护成本。

Java实现本地缓存框架逻辑

框架基本定义

• 数据存储格式 key-value，仅针对字符串缓存。
• 数据有效性，增加超时时间失效逻辑
• 失效策略：定期删除与懒惰淘汰并行

定期删除策略

定期删除策略是每隔一段时间检测已过期的缓存，并且降之删除。这个策略的优点是能够确保过期的缓存都会被删除。同时也存在着缺点，过期的缓存不一定能够及时的被删除，这跟我们设置的定时频率有关系，另一个缺点是如果缓存数据较多时，每次检测也会给 cup 带来不小的压力。

懒惰淘汰策略

懒惰淘汰策略是在使用缓存时，先判断缓存是否过期，如果过期将它删除，并且返回空。这个策略的优点是只有在查找的时候，才判断是否过期，对 CUP 影响较小。同时这种策略有致命的缺点，当存入了大量的缓存，这些缓存都没有被使用并且已过期，都将成为无效缓存，这些无效的缓存将占用你大量的内存空间，最后导致服务器内存溢出。
我们简单的了解了一下 Redis 的两种过期缓存处理策略，每种策略都存在自己的优缺点。所以我们在使用过程中，可以将两种策略组合起来，结合效果还是非常理想的。

逻辑顺序

1. 定义缓存map, 定义定时移除时效数据的任务，在static代码块中初始化。
2. 定义缓存对象，包含值和过期时间。
3. 定义定时移除时效数据的异步任务。
4. 实现俩种时效策略移除数据的逻辑 remove + removeAll.
5. 实现put与get方法。

框架中用到的定时任务模块

private final static ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(1);
executor.scheduleAtFixedRate(new Task(), INITIAL_DELAY_TIME, PERIOD_TIME, TimeUnit.SECONDS);

初始化线程池，启动定时执行任务scheduleAtFixedRate

1. new Task() 定时任务执行的具体业务逻辑
2. INITIAL_DELAY_TIME 启动后延迟时间执行(秒)
3. PERIOD_TIME 每次执行间隔(秒)

执行结果

定时任务策略：延迟5秒执行，每隔5秒执行一次 (实际失效策略时间可以放长一点)

首先添加缓存数据

LocalCache.put("a", "10a", 7);
LocalCache.put("b", "10b", 12);
LocalCache.put("c", "10c", 30);
2019-12-25 21:00:19,914 [http-nio-9060-exec-1] INFO LocalCache 62 - 添加缓存，key=a, value=10a, expire=7秒
2019-12-25 21:00:19,915 [http-nio-9060-exec-1] INFO LocalCache 62 - 添加缓存，key=b, value=10b, expire=12秒
2019-12-25 21:00:19,915 [http-nio-9060-exec-1] INFO LocalCache 62 - 添加缓存，key=c, value=10c, expire=30秒

定时任务执行第二次 10s后，移除缓存数据a

2019-12-25 21:00:24,919 [pool-3-thread-1] INFO LocalCache 89 - 定期删除策略: 开始执行, store={a=LocalCache.Cache(value=10a, expire=1577278826915), b=LocalCache.Cache(value=10b, expire=1577278831915), c=LocalCache.Cache(value=10c, expire=1577278849915)}
2019-12-25 21:00:29,918 [pool-3-thread-1] INFO LocalCache 89 - 定期删除策略: 开始执行, store={a=LocalCache.Cache(value=10a, expire=1577278826915), b=LocalCache.Cache(value=10b, expire=1577278831915), c=LocalCache.Cache(value=10c, expire=1577278849915)}
2019-12-25 21:00:29,919 [pool-3-thread-1] INFO LocalCache 94 - 定期删除策略: 移除超时失效数据, key=a, value=10a, time=1577278826915

定时任务执行第三次 15s后，移除缓存数据b

2019-12-25 21:00:34,918 [pool-3-thread-1] INFO LocalCache 89 - 定期删除策略: 开始执行, store={b=LocalCache.Cache(value=10b, expire=1577278831915), c=LocalCache.Cache(value=10c, expire=1577278849915)}
2019-12-25 21:00:34,919 [pool-3-thread-1] INFO LocalCache 94 - 定期删除策略: 移除超时失效数据, key=b, value=10b, time=1577278831915

定时任务执行第六次 30s后，移除缓存数据c

2019-12-25 21:00:39,918 [pool-3-thread-1] INFO LocalCache 89 - 定期删除策略: 开始执行, store={c=LocalCache.Cache(value=10c, expire=1577278849915)}
2019-12-25 21:00:44,919 [pool-3-thread-1] INFO LocalCache 89 - 定期删除策略: 开始执行, store={c=LocalCache.Cache(value=10c, expire=1577278849915)}
2019-12-25 21:00:49,918 [pool-3-thread-1] INFO LocalCache 89 - 定期删除策略: 开始执行, store={c=LocalCache.Cache(value=10c, expire=1577278849915)}
2019-12-25 21:00:49,919 [pool-3-thread-1] INFO LocalCache 94 - 定期删除策略: 移除超时失效数据, key=c, value=10c, time=1577278849915
2019-12-25 21:00:54,918 [pool-3-thread-1] INFO LocalCache 89 - 定期删除策略: 开始执行, store={}

源码

package com.core.mall.config.cache;import lombok.Data;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;import java.util.concurrent.*;/*** 本地缓存服务* key = 字符串 | value = 字符串 | expire = 秒(有效时间)** put 添加缓存* get 读取缓存值** 失效策略：*  1. 定期删除策略：启动1个线程，每2分钟扫描一次，超时数据移除*  2. 懒惰淘汰策略：每次访问时校验有效性，如果失效移除*/
public class LocalCache {private final static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LocalCache.class);/*** 启动开始后延迟5秒执行时效策略*/private static final int INITIAL_DELAY_TIME = 5;/*** 执行时效策略间隔时间*/private static final int PERIOD_TIME = 5;/*** 本地缓存map*/private static ConcurrentHashMap<String, Cache> store;/*** 执行时效策略线程池*/private final static ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(1);/** 静态代码块** 初始化缓存map* 添加时效策略定时线程任务*/static {store = new ConcurrentHashMap<>();executor.scheduleAtFixedRate(new Task(), INITIAL_DELAY_TIME, PERIOD_TIME, TimeUnit.SECONDS);}public static void put(String key, String value) {put(key, value, 0);}/*** 设置缓存* @param key 唯一key* @param value 值* @param expire 超时时间-单位(s/秒)*/public static void put(String key, String value, long expire) {logger.info("添加缓存，key={}, value={}, expire={}秒", key, value, expire);if (expire > 0) {store.put(key, new Cache(value, expire));} else {store.put(key, new Cache(value));}}public static String get(String key) {Cache cache = store.get(key);if (cache == null) {return null;}if (cache.getExpire() > 0 && cache.getExpire() < System.currentTimeMillis()) {remove(key);return null;}return store.get(key).getValue();}private static void remove(String key) {Cache cache = store.remove(key);logger.info("懒惰淘汰策略: 移除超时失效数据, cache={}", cache);}private static void removeAll() {logger.info("定期删除策略: 开始执行, store={}", store);for (String key : store.keySet()) {Cache cache = store.get(key);if (cache.getExpire() > 0 && cache.getExpire() < System.currentTimeMillis()) {store.remove(key);logger.info("定期删除策略: 移除超时失效数据, key={}, value={}, time={}", key, cache.getValue(), cache.getExpire());}}}/*** 定时移除时效数据任务*/private static class Task implements Runnable {@Overridepublic void run() {try {LocalCache.removeAll();} catch (Exception e) {logger.info("定期删除策略异常", e);}}}/*** 本地缓存对象*/@Dataprivate static class Cache {private String value;private long expire = 0;Cache(String value, long expire) {this.value = value;this.expire = System.currentTimeMillis() + expire * 1000;}Cache(String value) {this.value = value;}}
}

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