Java 高并发缓存与Guava Cache

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一.背景

      缓存是我们在开发中为了提高系统的性能，把经常的访问业务的数据第一次把处理结果先放到缓存中，第二次就不用在对相同的业务数据在重新处理一遍，这样就提高了系统的性能。缓存分好几种：

（1）本地缓存。

（2）数据库缓存。

（3）分布式缓存。

      分布式缓存比较常用的有memcached等，memcached是高性能的分布式内存缓存服务器，缓存业务处理结果，减少数据库访问次数和相同复杂逻辑处理的时间，以提高动态Web应用的速度、 提高可扩展性。

二.本地缓存在高并发下的问题以及解决

     今天我们介绍的是本地缓存缓存，我们这边采用java.util.concurrent.ConcurrentHashMap来保存，ConcurrentHashMap是一个线程安全的HashTable，并提供了一组和HashTable功能相同但是线程安全的方法，ConcurrentHashMap可以做到读取数据不加锁，提高了并发能力。我们先不考虑内存元素回收或者在保存数据会出现内存溢出的情况，我们用ConcurrentHashMap模拟本地缓存，当在高并发环境一下，会出现一些什么问题？

我们这边采用实现多个线程来模拟高并发场景。

 第一种：我们先来看一下代码：

public class TestConcurrentHashMapCache<K,V> {
	private final ConcurrentHashMap<K, V>  cacheMap=new ConcurrentHashMap<K,V> (); 
	
	public  Object getCache(K keyValue,String ThreadName){
		System.out.println("ThreadName getCache=============="+ThreadName);
		Object value=null;
		//从缓存获取数据
		value=cacheMap.get(keyValue);
		//如果没有的话，把数据放到缓存
		if(value==null){
			return putCache(keyValue,ThreadName);
		}
		return value;
	}
	
	public Object putCache(K keyValue,String ThreadName){
		System.out.println("ThreadName 执行业务数据并返回处理结果的数据（访问数据库等）=============="+ThreadName);
		//可以根据业务从数据库获取等取得数据,这边就模拟已经获取数据了
		@SuppressWarnings("unchecked")
		V value=(V) "dataValue";
		//把数据放到缓存
		 cacheMap.put(keyValue, value);
		return value;
	}

	
	
	public static void main(String[] args) {
		final TestConcurrentHashMapCache<String,String> TestGuaVA=new TestConcurrentHashMapCache<String,String>();
		
		Thread t1=new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				
				System.out.println("T1======start========");
			    Object value=TestGuaVA.getCache("key","T1");
			    System.out.println("T1 value=============="+value);
				System.out.println("T1======end========");
				
			}
		});
		
		Thread t2=new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("T2======start========");
				Object value=TestGuaVA.getCache("key","T2");
			    System.out.println("T2 value=============="+value);
				System.out.println("T2======end========");
				
			}
		});
		
		Thread t3=new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("T3======start========");
				Object value=TestGuaVA.getCache("key","T3");
			    System.out.println("T3 value=============="+value);
				System.out.println("T3======end========");
				
			}
		});
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();

	}

}

     我们实现了本地缓存代码，我们执行一下结果，发现在多线程时，出现了在缓存里没有缓存时，会执行一样执行多次的业务数据并返回处理的数据，我们分析一下出现这种情况的：

   （1）当线程T1访问cacheMap里面有没有，这时根据业务到后台处理业务数据并返回处理数据，并放入缓存。

   （2）当线程T2访问cacheMap里面同样也没有，也把根据业务到后台处理业务数据并返回处理数据，并放入缓存。

   第二种：

    这样相同的业务并处理两遍，如果在高并发的情况下相同的业务不止执行两遍，这样这样跟我们当初做缓存不相符合，这时我们想到了Java多线程时，在执行获取缓存上加上Synchronized，代码如下：

public class TestConcurrentHashMapCache<K,V> {
	private final ConcurrentHashMap<K, V>  cacheMap=new ConcurrentHashMap<K,V> (); 
	
	public <span style="color:#ff0000;">synchronized </span>Object getCache(K keyValue,String ThreadName){
		System.out.println("ThreadName getCache=============="+ThreadName);
		Object value=null;
		//从缓存获取数据
		value=cacheMap.get(keyValue);
		//如果没有的话，把数据放到缓存
		if(value==null){
			return putCache(keyValue,ThreadName);
		}
		return value;
	}
	
	public Object putCache(K keyValue,String ThreadName){
		System.out.println("ThreadName 执行业务数据并返回处理结果的数据（访问数据库等）=============="+ThreadName);
		//可以根据业务从数据库获取等取得数据,这边就模拟已经获取数据了
		@SuppressWarnings("unchecked")
		V value=(V) "dataValue";
		//把数据放到缓存
		 cacheMap.put(keyValue, value);
		return value;
	}

	
	
	public static void main(String[] args) {
		final TestConcurrentHashMapCache<String,String> TestGuaVA=new TestConcurrentHashMapCache<String,String>();
		
		Thread t1=new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				
				System.out.println("T1======start========");
			    Object value=TestGuaVA.getCache("key","T1");
			    System.out.println("T1 value=============="+value);
				System.out.println("T1======end========");
				
			}
		});
		
		Thread t2=new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("T2======start========");
				Object value=TestGuaVA.getCache("key","T2");
			    System.out.println("T2 value=============="+value);
				System.out.println("T2======end========");
				
			}
		});
		
		Thread t3=new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("T3======start========");
				Object value=TestGuaVA.getCache("key","T3");
			    System.out.println("T3 value=============="+value);
				System.out.println("T3======end========");
				
			}
		});
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();

	}

}

    这样就实现了串行，在高并发行时，就不会出现了第二个访问相同业务，肯定是从缓存获取，但是加上Synchronized变成串行，这样在高并发行时性能也下降了。

 第三种：

    我们为了实现性能和缓存的结果，我们采用Future，因为Future在计算完成时获取，否则会一直阻塞直到任务转入完成状态和ConcurrentHashMap.putIfAbsent方法，代码如下：

public class TestFutureCahe<K,V> {
	private final ConcurrentHashMap<K, Future<V>>  cacheMap=new ConcurrentHashMap<K, Future<V>> (); 
	
	public   Object getCache(K keyValue,String ThreadName){
		Future<V> value=null;
		try{
			System.out.println("ThreadName getCache=============="+ThreadName);
			//从缓存获取数据
			value=cacheMap.get(keyValue);
			//如果没有的话，把数据放到缓存
			if(value==null){
				value= putCache(keyValue,ThreadName);
				return value.get();
			}
			return value.get();
				
		}catch (Exception e) {
		}
		return null;
	}
	
	
	public Future<V> putCache(K keyValue,final String ThreadName){
//		//把数据放到缓存
		Future<V> value=null;
		Callable<V> callable=new Callable<V>() {
				@SuppressWarnings("unchecked")
				@Override
				public V call() throws Exception {
					//可以根据业务从数据库获取等取得数据,这边就模拟已经获取数据了
					System.out.println("ThreadName 执行业务数据并返回处理结果的数据（访问数据库等）=============="+ThreadName);
					return (V) "dataValue";
				}
			};
			FutureTask<V> futureTask=new FutureTask<V>(callable);
			value=cacheMap.putIfAbsent(keyValue, futureTask);
			if(value==null){
				value=futureTask;
				futureTask.run();
			}
		return value;
	}
	
	

	
	
	public static void main(String[] args) {
		final TestFutureCahe<String,String> TestGuaVA=new TestFutureCahe<String,String>();
		
		Thread t1=new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				
				System.out.println("T1======start========");
				Object value=TestGuaVA.getCache("key","T1");
				System.out.println("T1 value=============="+value);
				System.out.println("T1======end========");
				
			}
		});
		
		Thread t2=new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("T2======start========");
				Object value=TestGuaVA.getCache("key","T2");
				System.out.println("T2 value=============="+value);
				System.out.println("T2======end========");
				
			}
		});
		
		Thread t3=new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("T3======start========");
				Object value=TestGuaVA.getCache("key","T3");
				System.out.println("T3 value=============="+value);
				System.out.println("T3======end========");
				
			}
		});
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();

	}

}

     线程T1或者线程T2访问cacheMap，如果都没有时，这时执行了FutureTask来完成异步任务，假如线程T1执行了FutureTask，并把保存到ConcurrentHashMap中，通过PutIfAbsent方法，因为putIfAbsent方法如果不存在key对应的值，则将value以key加入Map，否则返回key对应的旧值。这时线程T2进来时可以获取Future对象，如果没值没关系，这时是对象的引用，等FutureTask执行完，在通过get返回。

    我们问题解决了高并发访问缓存的问题，可以回收元素这些，都没有，容易造成内存溢出，Google  Guava Cache在这些问题方面都做得挺好的，接下来我们介绍一下。

    Guava Cache与ConcurrentMap很相似，Guava Cache能设置回收，能解决在大数据内存溢出的问题，源代码如下：

  

public class TestGuaVA<K,V> {
private   Cache<K, V> cache=  CacheBuilder.newBuilder() .maximumSize(2).expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES).build(); 
public   Object getCache(K keyValue,final String ThreadName){
Object value=null;
try {
System.out.println("ThreadName getCache=============="+ThreadName);
//从缓存获取数据
value = cache.get(keyValue, new Callable<V>() {  
           @SuppressWarnings("unchecked")
public V call() {  
            System.out.println("ThreadName 执行业务数据并返回处理结果的数据（访问数据库等）=============="+ThreadName);
return (V) "dataValue";
           }  
       });  
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
return value;
}





public static void main(String[] args) {
final TestGuaVA<String,String> TestGuaVA=new TestGuaVA<String,String>();


Thread t1=new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {

System.out.println("T1======start========");
Object value=TestGuaVA.getCache("key","T1");
System.out.println("T1 value=============="+value);
System.out.println("T1======end========");

}
});

Thread t2=new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("T2======start========");
Object value=TestGuaVA.getCache("key","T2");
System.out.println("T2 value=============="+value);
System.out.println("T2======end========");

}
});

Thread t3=new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("T3======start========");
Object value=TestGuaVA.getCache("key","T3");
System.out.println("T3 value=============="+value);
System.out.println("T3======end========");

}
});

t1.start();
t2.start();
t3.start();


}


}

   CacheBuilder.newBuilder()后面能带一些设置回收的方法：

     （1）maximumSize(long)：设置容量大小，超过就开始回收。

     （2）expireAfterAccess(long, TimeUnit)：在这个时间段内没有被读/写访问，就会被回收。

     （3）expireAfterWrite(long, TimeUnit)：在这个时间段内没有被写访问，就会被回收 。

        (4)removalListener(RemovalListener)：监听事件，在元素被删除时，进行监听。

执行结果，如图所示：

Java 高并发缓存与Guava Cache

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原文地址：http://blog.csdn.net/congcong68/article/details/41146295