如何使用JDK来实现自己的缓存
面试官：你是如何使用JDK来实现自己的缓存（支持高并发）？
转载自：https://dwz.cn/HGarfiB9 作者：浅醉樱花雨
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。
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> 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 == null) return 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 Future。Cache 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：%dms\n", 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：%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
***********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^_^