2021-07-20

Caffeine缓存的简单介绍

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1、简介

在本文中,我们将了解Caffeine,一个用于Java的高性能缓存库。

缓存和Map之间的一个根本区别是缓存会清理存储的项目。

一个清理策略会决定在某个给定时间哪些对象应该被删除,这个策略直接影响缓存的命中率——缓存库的一个关键特性。

Caffeine使用Window TinyLfu清理策略,它提供了接近最佳的命中率。

2、依赖

我们需要将Caffeine依赖添加到我们的pom.

<dependency> <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId> <artifactId>caffeine</artifactId> <version>2.5.5</version></dependency>

您可以在Maven Central上找到最新版本的Caffeine。

3、写入缓存

让我们关注Caffeine的三种缓存写入策略:手动、同步加载和异步加载。

首先,让我们编写一个类,作为要存储在缓存中的值的类型:

class DataObject { private final String data; private static int objectCounter = 0; // standard constructors/getters  public static DataObject get(String data) {  objectCounter++;  return new DataObject(data); }}

3.1、手动写入

在此策略中,我们手动将值写入缓存并稍后读取它们。

我们先初始化缓存:

Cache<String, DataObject> cache = Caffeine.newBuilder() .expireAfterWrite(1, TimeUnit.MINUTES) .maximumSize(100) .build();

现在,我们可以使用getIfPresent方法从缓存中获取一些值。如果缓存中不存在该值,则此方法将返回null

String key = "A";DataObject dataObject = cache.getIfPresent(key);assertNull(dataObject);

我们可以使用put方法手动写入缓存:

cache.put(key, dataObject);dataObject = cache.getIfPresent(key);assertNotNull(dataObject);

我们还可以使用get方法获取值,该方法接受一个函数和一个键作为参数。如果缓存中不存在该键,则此函数将用于提供兜底值,该值将在执行后写入缓存:

dataObject = cache .get(key, k -> DataObject.get("Data for A"));assertNotNull(dataObject);assertEquals("Data for A", dataObject.getData());

这个GET方法执行是原子性的。这意味着即使多个线程同时请求该值,执行只会进行一次。这就是为什么使用getgetIfPresent更好。

有时我们需要手动使一些缓存的值失效:

cache.invalidate(key);dataObject = cache.getIfPresent(key);assertNull(dataObject);

3.2、同步加载

这种加载缓存的方法需要一个Function,用于初始化写入值,类似于手动写入策略的get方法,让我们看看如何使用它。

首先,我们需要初始化我们的缓存:

LoadingCache<String, DataObject> cache = Caffeine.newBuilder() .maximumSize(100) .expireAfterWrite(1, TimeUnit.MINUTES) .build(k -> DataObject.get("Data for " + k));

现在我们可以使用get方法读取值:

DataObject dataObject = cache.get(key);assertNotNull(dataObject);assertEquals("Data for " + key, dataObject.getData());

我们还可以使用getAll方法获取一组值:

Map<String, DataObject> dataObjectMap = cache.getAll(Arrays.asList("A", "B", "C"));assertEquals(3, dataObjectMap.size());

值从传递给build方法的底层后端初始化Function中读取到,这样就可以使用缓存作为访问值的主要入口了。

3.3、异步加载

此策略的工作原理与前一个相同,但是会异步执行操作并返回一个CompletableFuture来保存实际的值:

AsyncLoadingCache<String, DataObject> cache = Caffeine.newBuilder() .maximumSize(100) .expireAfterWrite(1, TimeUnit.MINUTES) .buildAsync(k -> DataObject.get("Data for " + k));

我们可以以相同的方式使用getgetAll方法,考虑到它们的返回是CompletableFuture

String key = "A";cache.get(key).thenAccept(dataObject -> { assertNotNull(dataObject); assertEquals("Data for " + key, dataObject.getData());});cache.getAll(Arrays.asList("A", "B", "C")) .thenAccept(dataObjectMap -> assertEquals(3, dataObjectMap.size()));

CompletableFuture具有很多有用的API,您可以在本文中阅读更多相关信息。

4、缓存值的清理

Caffeine有三种缓存值的清理策略:基于大小、基于时间和基于引用。

4.1、基于大小的清理

这种类型的清理设计为在超出缓存配置的大小限制时发生清理。有两种获取大小的方法——计算缓存中的对象数,或者获取它们的权重。

让我们看看如何计算缓存中的对象数。缓存初始化时,其大小为零:

LoadingCache<String, DataObject> cache = Caffeine.newBuilder() .maximumSize(1) .build(k -> DataObject.get("Data for " + k));assertEquals(0, cache.estimatedSize());

当我们添加一个值时,大小明显增加:

cache.get("A");assertEquals(1, cache.estimatedSize());

我们可以将第二个值添加到缓存中,这会导致删除第一个值:

cache.get("B");cache.cleanUp();assertEquals(1, cache.estimatedSize());

值得一提的是,我们在获取缓存大小之前调用了cleanUp方法。这是因为缓存清理是异步执行的,该方法有助于等待清理完成。

我们还可以传入一个weigher的Function来定义缓存大小的获取:

LoadingCache<String, DataObject> cache = Caffeine.newBuilder() .maximumWeight(10) .weigher((k,v) -> 5) .build(k -> DataObject.get("Data for " + k));assertEquals(0, cache.estimatedSize());cache.get("A");assertEquals(1, cache.estimatedSize());cache.get("B");assertEquals(2, cache.estimatedSize());

当权重超过 10 时,这些值将从缓存中删除:

cache.get("C");cache.cleanUp();assertEquals(2, cache.estimatedSize());

4.2、基于时间的清理

这种清理策略基于条目的过期时间,分为三种:

  • 访问后过期——自上次读取或写入以来,条目在经过某段时间后过期
  • 写入后过期——自上次写入以来,条目在经过某段时间后过期
  • 自定义策略——由Expiry的实现来为每个条目单独计算到期时间

让我们使用expireAfterAccess方法配置访问后过期策略:

LoadingCache<String, DataObject> cache = Caffeine.newBuilder() .expireAfterAccess(5, TimeUnit.MINUTES) .build(k -> DataObject.get("Data for " + k));

要配置写入后过期策略,我们使用expireAfterWrite方法:

cache = Caffeine.newBuilder() .expireAfterWrite(10, TimeUnit.SECONDS) .weakKeys() .weakValues() .build(k -> DataObject.get("Data for " + k));

要初始化自定义策略,我们需要实现Expiry接口:

cache = Caffeine.newBuilder().expireAfter(new Expiry<String, DataObject>() { @Override public long expireAfterCreate(  String key, DataObject value, long currentTime) {  return value.getData().length() * 1000; } @Override public long expireAfterUpdate(  String key, DataObject value, long currentTime, long currentDuration) {  return currentDuration; } @Override public long e......

原文转载:http://www.shaoqun.com/a/889689.html

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