3. java缓存-线程内缓存guava cache

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guava cache的缓存结构

常用的guava cache缓存

根据上图中的缓存框架，我们常用的一些缓存实例有：LocalManualCache和LocalLoadingCache，两者唯一的区别就是LocalLoadingCache extends LocalManualCache implements LoadingCache<K,V>接口。
LocalManualCache和LocalLoadingCache两者都是对LoaclCache的包装，而LocalCache就是一个缓存的存储器，通过继承AbstractMap和实现ConcurrentMap接口，实现了支持并发的本地map(可以看成类似的ConcunrrentHashMap)，LocalCache不对外暴露，因此只能通过其他方式提供实例，这就是CacheBuilder，以后建议大家也可以通过Builder的形式对外暴露实例。

范例

手动加载缓存

手动加载缓存：需要提前把数据put，当数据不存在返回null

public class MyCache {
    private static Cache<String,Object> cache;
    static {
	    // removeListener 从缓存中移除，调用这个方法
	    // initialCapacity 初始化容量
	    // concurrentLevel 并发的线程数
	    // expireAfterWrite 写入多长时间后，失效
        cache = CacheBuilder.newBuilder()
                .removalListener(new RemovalListener<Object, Object>() {
                    @Override
                    public void onRemoval(RemovalNotification<Object, Object> removalNotification) {
                        System.out.println("remove  "+removalNotification.getKey()+":"+removalNotification.getValue());
                    }
                })
                .initialCapacity(30)
                .concurrencyLevel(5)
                .expireAfterWrite(20, TimeUnit.MINUTES)
                .build();
        //手动加载数据
        cache.put("1","name11");
        cache.put("2","name12");
        cache.put("3","name13");
        cache.put("4","name14");
        cache.put("5","name15");
        cache.put("6","name16");
    }
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException {
        //获取一个不存在的key
        System.out.println("------------------");
        System.out.println(cache.getIfPresent("7'"));
        //获取一个存在的key
        System.out.println(cache.getIfPresent("1"));
        //获取一个不存在的key，自己定义一个加载方法
        System.out.println(cache.get("7",new Callable(){
            @Override
            public Object call() throws Exception {
	            //返回值，一定不能为null
                return "dadad";
            }
        }));
        System.out.println(cache.getIfPresent("7"));
        cache.invalidate("1");
        System.out.println("------------------");
    }
}

----输出：
------------------
null
name11
dadad
dadad
remove  1:name11
------------------

上述缓存就可以看做是一个手动加载数据的缓存，即使用前自己手动的加载完成数据，当然也可以调用特殊的方法，当调用时，数据不存在后再调用加载方法。

自动加载缓存

自动加载缓存：不需要提前加载数据，当get时，不存在数据，会自动根据CacheLoader加载数据。

public class MyLoadingCache {
    
    public static void main(String[] args) {
        // 自动加载的缓存
        // expireAfterWrite 缓存加载指定时间后，自动失效
        // maximumSize 缓存数量超出指定数量后，加载新的缓存，会根据指定策略淘汰老的缓存
        // initialCapacity 创建是默认的大小
        // concurrencyLevel 并发线程数，类似于concurrentHashMap的segmentShift
        // CacheLoader 当缓存没有命中时，自动调用方法加载，返回值不能为空
        LoadingCache<String,User> loadingCache = CacheBuilder.newBuilder()
                .expireAfterWrite(30,TimeUnit.MINUTES)
                .maximumSize(300L)
                .concurrencyLevel(20)
                .initialCapacity(300)
                .build(new CacheLoader<String, User>() {
                    @Override
                    public User load(String key) throws Exception {
                        User user = getUserInfoFromDB(key);
                        return user;
                    }
                });
        System.out.println(loadingCache.getUnchecked("12").toString());

    }

    // 模拟从数据库获取数据
    private static User getUserInfoFromDB(String key) {
        if("123".equals(key)){
            //模拟数据库中不存在的数据
            return null;
        }
        return new User(key);
    }
}

class User{
    String id;

    public User(String id) {
        this.id = id;
    }
    @Override
    public String toString(){
        return "id="+this.id;
    }

} 

---输出内容
id=12

Cache和LoadingCache的醉醉哒区别，就是LoadingCache创建时，指定缓存未命中后的加载来源即可，同时还提供getUnchecked方法，如果你的CacherLoader没有返回检查异常，可以调用getUnchecked方法。

当我们在上述LoadingCache中执行：

System.out.println(loadingCache.getUnchecked("12").toString());
---输出：
Exception in thread "main" com.google.common.cache.CacheLoader$InvalidCacheLoadException: CacheLoader returned null for key 123.
	at com.google.common.cache.LocalCache$Segment.getAndRecordStats(LocalCache.java:2353)
	at com.google.common.cache.LocalCache$Segment.loadSync(LocalCache.java:2323)
	at com.google.common.cache.LocalCache$Segment.lockedGetOrLoad(LocalCache.java:2285)
	at com.google.common.cache.LocalCache$Segment.get(LocalCache.java:2200)
	at com.google.common.cache.LocalCache.get(LocalCache.java:3947)
	at com.google.common.cache.LocalCache.getOrLoad(LocalCache.java:3951)
	at com.google.common.cache.LocalCache$LocalLoadingCache.get(LocalCache.java:4874)
	at com.google.common.cache.LocalCache$LocalLoadingCache.getUnchecked(LocalCache.java:4880)

这就是LoadingCache的load方法，不能返回null。因此在load的时候，我们返回对象前必须处理null的问题。

Cache为什么不能返回null

先不说为什么不可以返回null，先假设cache可以接收null值。null的存在主要是影响判断加载的时机，下面列出两种情况下，判断加载的时机

允许null

get时，key不存在，返回的是null。
get时，key存在，缓存的value是null，返回的是null。
不能通过get的valuenull，来判断加载的时机，只能通过containsKey来判断，如果通过valuenull作为是否加载缓存的标准，就会产生一个问题，如果缓存的是null，那么即使加载过一次，但是每次get时，同样会再加载一次，这样就没有起到缓存的作用。

不允许null
get时，key不存在返回null，返回null。
get时，key存在，缓存的value不为null，返回非null值。
可以通过get的value==null，来判断加载时机。
根据上述两种方式，我们现在看看LocalCache中，如何处理get得到的null。
通过定位，找到LocalCache.Segment的如下代码

V get(K key, int hash, CacheLoader<? super K, V> loader) throws ExecutionException {
      checkNotNull(key);
      checkNotNull(loader);
      try {
        if (count != 0) { // read-volatile
          // don't call getLiveEntry, which would ignore loading values
          ReferenceEntry<K, V> e = getEntry(key, hash);
          if (e != null) {
            long now = map.ticker.read();
            V value = getLiveValue(e, now);
            if (value != null) {
              recordRead(e, now);
              statsCounter.recordHits(1);
              return scheduleRefresh(e, key, hash, value, now, loader);
            }
            ValueReference<K, V> valueReference = e.getValueReference();
            if (valueReference.isLoading()) {
              return waitForLoadingValue(e, key, valueReference);
            }
          }
        }
		// 看到这段注释，我们就发现，LocalCache是通过value == null，就进行load
        // at this point e is either null or expired;
        return lockedGetOrLoad(key, hash, loader);
      } catch (ExecutionException ee) {
        Throwable cause = ee.getCause();
        if (cause instanceof Error) {
          throw new ExecutionError((Error) cause);
        } else if (cause instanceof RuntimeException) {
          throw new UncheckedExecutionException(cause);
        }
        throw ee;
      } finally {
        postReadCleanup();
      }
    }

通过分析LocalCache代码，LocalCache是根据get的value==null来判断加载时机，因此通过load加载时，不允许返回null值，因此需要特殊判断load的返回值，建议使用Optional进行包装。

示例代码：

import com.google.common.base.Optional;
import com.google.common.cache.CacheBuilder;
import com.google.common.cache.CacheLoader;
import com.google.common.cache.LoadingCache;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class UserLocalCache {
    
    private final LoadingCache<Long,Optional<User>> loadingCache = CacheBuilder.newBuilder()
            .expireAfterWrite(60*24, TimeUnit.MINUTES)
            .maximumSize(500)
            .build(new CacheLoader<Long, Optional<User>>() {
                @Override
                public Optional<User> load(Long key) throws Exception {
                    // 模拟访问数据库
                    User userFromDb = getUserFromDb(key);
                    // 使用Optional进行包装，虽然Optional里面为null，但是对cache来说，该对象不为空
                    return Optional.fromNullable(userFromDb);
                }
            });
    private UserLocalCache(){}

    public User getUser(Long userId){
        if(userId != null) {
            Optional<User> userOpt = loadingCache.getUnchecked(2L);
            if (userOpt.isPresent()) {
                return userOpt.get();
            }
        }
        return null;
    }
    

    private static User getUserFromDb(Long id) {
        Long temp = 1L;
        if(temp.equals(id)){
            return null;
        }else{
            return new User(id,"name"+id);
        }
    }
}

class User{
    private Long id;
    private String name;
    public User(Long id, String name){
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
    public String getName(){
        return this.name;
    }
}

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