Google,Guava本地高效缓存

Guva是google开源的一个公共java库，类似于Apache Commons，它提供了集合，反射，缓存，科学计算，xml，io等一些工具类库。
cache只是其中的一个模块。使用Guva cache能够方便快速的构建本地缓存。

文章目录

使用Guava构建第一个缓存
- LoadingCache
缓存的并发级别

使用Guava构建第一个缓存

首先需要在maven项目中加入guava依赖

<dependency><groupId>com.google.guava</groupId><artifactId>guava</artifactId><version>25.0-jre</version>
</dependency>

使用Guava创建一个缓存

// 通过CacheBuilder构建一个缓存实例
Cache<String, String> cache = CacheBuilder.newBuilder().maximumSize(100) // 设置缓存的最大容量.expireAfterWrite(1, TimeUnit.MINUTES) // 设置缓存在写入一分钟后失效.concurrencyLevel(10) // 设置并发级别为10.recordStats() // 开启缓存统计.build();
// 放入缓存
cache.put("key", "value");
// 获取缓存
String value = cache.getIfPresent("key");

expireAfterWrite 缓存一定时间内直接失效
expireAfterAccess 缓存被访问后,一定时间后失效
getIfPresent 不存在就返回null

代码演示了使用Guava创建了一个基于内存的本地缓存，并指定了一些缓存的参数，如缓存容量、缓存过期时间、并发级别等，随后通过put方法放入一个缓存并使用getIfPresent来获取它。

##Cache与LoadingCache

Cache是通过CacheBuilder的build()方法构建，它是Gauva提供的最基本的缓存接口，并且它提供了一些常用的缓存api：

Cache<Object, Object> cache = CacheBuilder.newBuilder().build();
// 放入/覆盖一个缓存
cache.put("k1", "v1");
// 获取一个缓存，如果该缓存不存在则返回一个null值
Object value = cache.getIfPresent("k1");
// 获取缓存，当缓存不存在时，则通Callable进行加载并返回。该操作是原子
Object getValue = cache.get("k1", new Callable<Object>() {@Overridepublic Object call() throws Exception {return null;}
});

LoadingCache

LoadingCache继承自Cache，在构建LoadingCache时，需要通过CacheBuilder的build(CacheLoader<? super K1, V1> loader)方法构建

CacheBuilder.newBuilder().build(new CacheLoader<String, String>() {@Overridepublic String load(String key) throws Exception {// 缓存加载逻辑...}});

它能够通过CacheLoader自发的加载缓存

LoadingCache<Object, Object> loadingCache = CacheBuilder.newBuilder().build(new CacheLoader<Object, Object>() {@Overridepublic Object load(Object key) throws Exception {return null;}});
// 获取缓存，当缓存不存在时，会通过CacheLoader自动加载，该方法会抛出ExecutionException异常
loadingCache.get("k1");
// 以不安全的方式获取缓存，当缓存不存在时，会通过CacheLoader自动加载，该方法不会抛出异常
loadingCache.getUnchecked("k1");

缓存的并发级别

Guava提供了设置并发级别的api，使得缓存支持并发的写入和读取。同ConcurrentHashMap类似Guava cache的并发也是通过分离锁实现。在一般情况下，将并发级别设置为服务器cpu核心数是一个比较不错的选择。

CacheBuilder.newBuilder()// 设置并发级别为cpu核心数.concurrencyLevel(Runtime.getRuntime().availableProcessors()) .build();

##缓存的初始容量

我们在构建缓存时可以为缓存设置一个合理大小初始容量，由于Guava的缓存使用了分离锁的机制，扩容的代价非常昂贵。所以合理的初始容量能够减少缓存容器的扩容次数。

CacheBuilder.newBuilder()// 设置初始容量为100.initialCapacity(100).build();

使用基于最大容量的的回收策略时，我们需要设置2个必要参数：

maximumWeigh；用于指定最大容量。
Weigher；在加载缓存时用于计算缓存容量大小。

这里我们例举一个key和value都是String类型缓存：

CacheBuilder.newBuilder().maximumWeight(1024 * 1024 * 1024) // 设置最大容量为 1M// 设置用来计算缓存容量的Weigher.weigher(new Weigher<String, String>() { @Overridepublic int weigh(String key, String value) {return key.getBytes().length + value.getBytes().length;}}).build();

当缓存的最大数量/容量逼近或超过我们所设置的最大值时，Guava就会使用LRU算法对之前的缓存进行回收。

##基于软/弱引用的回收

基于引用的回收策略，是java中独有的。在java中有对象自动回收机制，依据程序员创建对象的方式不同，将对象由强到弱分为强引用、软引用、弱引用、虚引用。对于这几种引用他们有以下区别

** 强引用**

强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那垃圾回收器绝不会回收它。

Object o=new Object();   //  强引用

当内存空间不足，垃圾回收器不会自动回收一个被引用的强引用对象，而是会直接抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止。

软引用

相对于强引用，软引用是一种不稳定的引用方式，如果一个对象具有软引用，当内存充足时，GC不会主动回收软引用对象，而当内存不足时软引用对象就会被回收。

SoftReference<Object> softRef=new SoftReference<Object>(new Object()); // 软引用
Object object = softRef.get(); // 获取软引用

使用软引用能防止内存泄露，增强程序的健壮性。但是一定要做好null检测。

弱引用

弱引用是一种比软引用更不稳定的引用方式，因为无论内存是否充足，弱引用对象都有可能被回收。

WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<Object>(new Object()); // 弱引用
Object obj = weakRef.get(); // 获取弱引用

虚引用

而虚引用这种引用方式就是形同虚设，因为如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样。在实践中也几乎没有使用。

在Guava cache中支持，软/弱引用的缓存回收方式。使用这种方式能够极大的提高内存的利用率，并且不会出现内存溢出的异常。

CacheBuilder.newBuilder().weakKeys() // 使用弱引用存储键。当键没有其它（强或软）引用时，该缓存可能会被回收。.weakValues() // 使用弱引用存储值。当值没有其它（强或软）引用时，该缓存可能会被回收。.softValues() // 使用软引用存储值。当内存不足并且该值其它强引用引用时，该缓存就会被回收.build();

通过软/弱引用的回收方式，相当于将缓存回收任务交给了GC，使得缓存的命中率变得十分的不稳定，在非必要的情况下，还是推荐基于数量和容量的回收。

##显式回收

在缓存构建完毕后，我们可以通过Cache提供的接口，显式的对缓存进行回收，例如：

// 构建一个缓存
Cache<String, String> cache = CacheBuilder.newBuilder().build();
// 回收key为k1的缓存
cache.invalidate("k1");
// 批量回收key为k1、k2的缓存
List<String> needInvalidateKeys = new ArrayList<>();
needInvalidateKeys.add("k1");
needInvalidateKeys.add("k2");
cache.invalidateAll(needInvalidateKeys);
// 回收所有缓存
cache.invalidateAll();

##缓存的过期策略与刷新

Guava也提供了缓存的过期策略和刷新策略。

###缓存过期策略

缓存的过期策略分为固定时间和相对时间。

固定时间一般是指写入后多长时间过期，例如我们构建一个写入10分钟后过期的缓存：

CacheBuilder.newBuilder().expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES) // 写入10分钟后过期.build();// java8后可以使用Duration设置
CacheBuilder.newBuilder().expireAfterWrite(Duration.ofMinutes(10)).build();

相对时间一般是相对于访问时间，也就是每次访问后，会重新刷新该缓存的过期时间，这有点类似于servlet中的session过期时间，例如构建一个在10分钟内未访问则过期的缓存：

CacheBuilder.newBuilder().expireAfterAccess(10, TimeUnit.MINUTES) //在10分钟内未访问则过期.build();// java8后可以使用Duration设置
CacheBuilder.newBuilder().expireAfterAccess(Duration.ofMinutes(10)).build();

##缓存刷新

在Guava cache中支持定时刷新和显式刷新两种方式，其中只有LoadingCache能够进行定时刷新。

定时刷新

在进行缓存定时刷新时，我们需要指定缓存的刷新间隔，和一个用来加载缓存的CacheLoader，当达到刷新时间间隔后，下一次获取缓存时，会调用CacheLoader的load方法刷新缓存。例如构建个刷新频率为10分钟的缓存:

CacheBuilder.newBuilder()// 设置缓存在写入10分钟后，通过CacheLoader的load方法进行刷新.refreshAfterWrite(10, TimeUnit.SECONDS)// jdk8以后可以使用 Duration// .refreshAfterWrite(Duration.ofMinutes(10)).build(new CacheLoader<String, String>() {@Overridepublic String load(String key) throws Exception {// 缓存加载逻辑...}});

显式刷新

在缓存构建完毕后，我们可以通过Cache提供的一些借口方法，显式的对缓存进行刷新覆盖，例如：

// 构建一个缓存
Cache<String, String> cache = CacheBuilder.newBuilder().build();
// 使用put进行覆盖刷新
cache.put("k1", "v1");
// 使用Map的put方法进行覆盖刷新
cache.asMap().put("k1", "v1");
// 使用Map的putAll方法进行批量覆盖刷新
Map<String,String> needRefreshs = new HashMap<>();
needRefreshs.put("k1", "v1");
cache.asMap().putAll(needRefreshs);
// 使用ConcurrentMap的replace方法进行覆盖刷新
cache.asMap().replace("k1", "v1");

对于LoadingCache，由于它能够自动的加载缓存，所以在进行刷新时，不需要显式的传入缓存的值：

LoadingCache<String, String> loadingCache = CacheBuilder.newBuilder().build(new CacheLoader<String, String>() {@Overridepublic String load(String key) throws Exception {// 缓存加载逻辑return null;}});
// loadingCache 在进行刷新时无需显式的传入 value
loadingCache.refresh("k1");

原文:https://rumenz.com/rumenbiji/google-guava-java.html

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