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需求分析
项目中经常会遇到这种场景：一份数据需要在多处共享，有些数据还有时效性，过期自动失效。比如手机验证码，发送之后需要缓存起来，然后处于安全性考虑，一般还要设置有效期，到期自动失效。我们怎么实现这样的功能呢？
解决方案
- 使用现有的缓存技术框架，比如redis,ehcache。优点：成熟，稳定，功能强大；缺点，项目需要引入对应的框架，不够轻量。
- 如果不考虑分布式，只是在单线程或者多线程间作数据缓存，其实完全可以自己手写一个缓存工具。下面就来简单实现一个这样的工具。
代码
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/** * @Author: lixk * @Date: 2018/5/9 15:03 * @Description: 简单的内存缓存工具类 */
public class Cache {
/** * 键值对集合 */
private final static Map<String, Entity> map = new HashMap<>();
/** * 定时器线程池，用于清除过期缓存 */
private final static ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
/** * 添加缓存 * * @param key 键 * @param data 值 */
public synchronized static void put(String key, Object data) {
Cache.put(key, data, 0);
}
/** * 添加缓存 * * @param key 键 * @param data 值 * @param expire 过期时间，单位：毫秒， 0表示无限长 */
public synchronized static void put(String key, Object data, long expire) {
//清除原键值对
Cache.remove(key);
//设置过期时间
if (expire > 0) {
Future future = executor.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//过期后清除该键值对
synchronized (Cache.class) {
map.remove(key);
}
}
}, expire, TimeUnit.MILLISECONDS);
map.put(key, new Entity(data, future));
} else {
//不设置过期时间
map.put(key, new Entity(data, null));
}
}
/** * 读取缓存 * * @param key 键 * @return */
public synchronized static <T> T get(String key) {
Entity entity = map.get(key);
return entity == null ? null : (T) entity.value;
}
/** * 清除缓存 * * @param key 键 * @return */
public synchronized static <T> T remove(String key) {
//清除原缓存数据
Entity entity = map.remove(key);
if (entity == null) {
return null;
}
//清除原键值对定时器
if (entity.future != null) {
entity.future.cancel(true);
}
return (T) entity.value;
}
/** * 查询当前缓存的键值对数量 * * @return */
public synchronized static int size() {
return map.size();
}
/** * 缓存实体类 */
private static class Entity {
/** * 键值对的value */
public Object value;
/** * 定时器Future */
public Future future;
public Entity(Object value, Future future) {
this.value = value;
this.future = future;
}
}
}
说明
本工具类主要采用HashMap+定时器线程池实现，map用于存储键值对数据，map的value是Cache的内部类对象Entity，Entity包含value和该键值对的生命周期定时器Future。Cache类对外只提供了几个同步方法:
| 方法 | 作用 |
|---|---|
| put(key, value) | 插入缓存数据 |
| put(key, value, expire) | 插入带过期时间的缓存数据， expire: 过期时间，单位：毫秒 |
| get(key) | 获取缓存数据 |
| remove(key) | 删除缓存数据 |
| size() | 查询当前缓存记录数 |
当添加键值对数据的时候，首先会调用remove()方法，清除掉原来相同key的数据，并取消对应的定时清除任务，然后添加新数据到map中，并且，如果设置了有效时间，则添加对应的定时清除任务到定时器线程池。
测试
测试代码如下：
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/** * @Author: lixk * @Date: 2018/5/9 16:40 * @Description: 缓存工具类测试 */
public class CacheTest {
/** * 测试 * * @param args */
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
String key = "id";
//不设置过期时间
System.out.println("***********不设置过期时间**********");
Cache.put(key, 123);
System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));
System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.remove(key));
System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));
//设置过期时间
System.out.println("\n***********设置过期时间**********");
Cache.put(key, "123456", 1000);
System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));
Thread.sleep(2000);
System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));
System.out.println("\n***********100w读写性能测试************");
//创建有10个线程的线程池，将1000000次操作分10次添加到线程池
int threads = 10;
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(threads);
//每批操作数量
int batchSize = 100000;
//添加
{
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threads);
AtomicInteger n = new AtomicInteger(0);
long start = System.currentTimeMillis();
for (int t = 0; t < threads; t++) {
pool.submit(() -> {
for (int i = 0; i < batchSize; i++) {
int value = n.incrementAndGet();
Cache.put(key + value, value, 300000);
}
latch.countDown();
});
}
//等待全部线程执行完成，打印执行时间
latch.await();
System.out.printf("添加耗时：%dms\n", System.currentTimeMillis() - start);
}
//查询
{
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threads);
AtomicInteger n = new AtomicInteger(0);
long start = System.currentTimeMillis();
for (int t = 0; t < threads; t++) {
pool.submit(() -> {
for (int i = 0; i < batchSize; i++) {
int value = n.incrementAndGet();
Cache.get(key + value);
}
latch.countDown();
});
}
//等待全部线程执行完成，打印执行时间
latch.await();
System.out.printf("查询耗时：%dms\n", System.currentTimeMillis() - start);
}
System.out.println("当前缓存容量：" + Cache.size());
}
}
测试结果
***********不设置过期时间**********
key:id, value:123
key:id, value:123
key:id, value:null
***********设置过期时间**********
key:id, value:123456
key:id, value:null
***********100w读写性能测试************
添加耗时：1729ms
查询耗时：283ms
当前缓存容量：1000000
测试程序使用有10个线程的线程池来模拟并发，分别执行一百万次添加和查询操作，时间大约在两秒左右，表现还不错，每秒近百万读写应该还是可以满足大多数高并发场景的 ^^
备注：如果对缓存失效延迟非常敏感，不能容忍百万数据亚秒级失效延迟，必须保证严格失效时间的话，可以参考另一版实现（数据实体加入了过期时间，每次取出数据时会先做判断）。地址：https://github.com/lixk/ECache
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