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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

    1. 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。
    2. 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。
    先上代码:
    import java.util.HashMap;
    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.*;
    /**
     * @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 Object get(String key) {
            Entity entity = map.get(key);
            return entity == null ? null : entity.getValue();
        }
        /**
         * 读取缓存
         *
         * @param key 键
         *            * @param clazz 值类型
         * @return
         */
        public synchronized static <T> get(String key, Class<T> clazz) {
            return clazz.cast(Cache.get(key));
        }
        /**
         * 清除缓存
         *
         * @param key
         * @return
         */
        public synchronized static Object remove(String key) {
            //清除原缓存数据
            Entity entity = map.remove(key);
            if (entity == nullreturn null;
            //清除原键值对定时器
            Future future = entity.getFuture();
            if (future != null) future.cancel(true);
            return entity.getValue();
        }
        /**
         * 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
            private Object value;
            //定时器Future 
            private Future future;
            public Entity(Object value, Future future) {
                this.value = value;
                this.future = future;
            }
            /**
             * 获取值
             *
             * @return
             */
            public Object getValue() {
                return value;
            }
            /**
             * 获取Future对象
             *
             * @return
             */
            public Future getFuture() {
                return future;
            }
        }
    }
    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 FutureCache 类对外只提供了 put(key, value)put(key, value, expire)get(key)get(key, class)remove(key)size()几个同步方法。
    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
    import java.util.concurrent.ExecutionException;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.Future;
    /**
     * @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, ExecutionException {
            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));
            /******************并发性能测试************/
            System.out.println(“n***********并发性能测试************”);
            //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
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
            Future[] futures = new Future[10];
            /********添加********/
            {
                long start = System.currentTimeMillis();
                for (int j = 0; j < 10; j++) {
                    futures[j] = executorService.submit(() -> {
                        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                            Cache.put(Thread.currentThread().getId() + key + i, i, 300000);
                        }
                    });
                }
                //等待全部线程执行完成,打印执行时间
                for (Future future : futures) {
                    future.get();
                }
                System.out.printf(“添加耗时:%dmsn”, System.currentTimeMillis() – start);
            }
            /********查询********/
            {
                long start = System.currentTimeMillis();
                for (int j = 0; j < 10; j++) {
                    futures[j] = executorService.submit(() -> {
                        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                            Cache.get(Thread.currentThread().getId() + key + i);
                        }
                    });
                }
                //等待全部线程执行完成,打印执行时间
                for (Future future : futures) {
                    future.get();
                }
                System.out.printf(“查询耗时:%dmsn”, 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
    ***********并发性能测试************
    添加耗时:2313ms
    查询耗时:335ms
    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,总共执行一百万次添加和查询操作,时间大约都在两秒多,表现还不错,每秒40万读写并发应该还是可以满足大多数高并发场景的^_^
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    极客文库 » 面试官:你是如何使用JDK来实现自己的缓存(支持高并发)?

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