Java中LocalCache本地缓存实现代码

前言

本次分享探讨java平台的本地缓存，是指占用JVM的heap区域来缓冲存储数据的缓存组件。

一、本地缓存应用场景

localcache有着极大的性能优势：

1. 单机情况下适当使用localcache会使应用的性能得到很大的提升。

2. 集群环境下对于敏感性要求不高的数据可以使用localcache，只配置简单的失效机制来保证数据的相对一致性。

哪些数据可以存储到本地缓存？

1．访问频繁的数据；

2．静态基础数据（长时间内不变的数据）；

3．相对静态数据（短时间内不变的数据）。

二、java本地缓存标准

Java缓存新标准（javax.cache），这个标准由JSR107所提出，已经被包含在Java EE 7中。

特性：
1．原子操作，跟java.util.ConcurrentMap类似
2．从缓存中读取
3．写入缓存
4．缓存事件监听器
5．数据统计
6．包含所有隔离（ioslation）级别的事务
7．缓存注解（annotations）
8．保存定义key和值类型的泛型缓存
9．引用保存（只适用于堆缓存）和值保存定义

但目前应用不是很普遍。

三、java开源缓存框架

比较有名的本地缓存开源框架有：

1．EHCache

EHCache是一个纯java的在进程中的缓存，它具有以下特性：快速，简单，为Hibernate2.1充当可插入的缓存，最小的依赖性，全面的文档和测试。

BUG： 过期失效的缓存元素无法被GC掉，时间越长缓存越多，内存占用越大，导致内存泄漏的概率越大。

2．OSCache

OSCache有以下特点：缓存任何对象，你可以不受限制的缓存部分jsp页面或HTTP请求，任何java对象都可以缓存。拥有全面的API--OSCache API给你全面的程序来控制所有的OSCache特性。永久缓存--缓存能随意的写入硬盘，因此允许昂贵的创建(expensive-to-create)数据来保持缓存，甚至能让应用重启。支持集群--集群缓存数据能被单个的进行参数配置，不需要修改代码。缓存记录的过期--你可以有最大限度的控制缓存对象的过期，包括可插入式的刷新策略(如果默认性能不需要时)。

3．JCache

Java缓存新标准（javax.cache）

4．cache4j

cache4j是一个有简单API与实现快速的Java对象缓存。它的特性包括：在内存中进行缓存，设计用于多线程环境，两种实现：同步与阻塞，多种缓存清除策略：LFU, LRU, FIFO，可使用强引用。

5．ShiftOne

ShiftOne Java Object Cache是一个执行一系列严格的对象缓存策略的Java lib，就像一个轻量级的配置缓存工作状态的框架。

6．WhirlyCache

Whirlycache是一个快速的、可配置的、存在于内存中的对象的缓存。 

四、LocalCache实现

1、LocalCache简介

LocalCache是一个精简版本地缓存组件，有以下特点：

1．  有容量上限maxCapacity；
2．  缓存达到容量上限时基于LRU策略来移除缓存元素；
3．  缓存对象的生命周期（缓存失效时间）由调用方决定；
4．  缓存对象失效后，将会有定时清理线程来清理掉，不会导致内存泄漏。
5．  性能比Ehcache稍强。

2、总体设计

LocalCache总体设计：

1．  缓存元素 CacheElement；
2．  缓存容器 LRULinkedHashMap；
3．  缓存接口 Cache；
4．  缓存组件实现 LocalCache。

3、详细设计

1．  CacheElement设计

/**
 * 缓存元素
 *
 */
public class CacheElement {
 private Object key;
 private Object value;
 private long createTime;
 private long lifeTime;
 private int hitCount;

 public CacheElement() {
 }

 public CacheElement(Object key ,Object value) {
 this.key = key;
 this.value = value;
 this.createTime = System.currentTimeMillis();
 }
 
 public Object getKey() {
 return key;
 }

 public void setKey(Object key) {
 this.key = key;
 }

 public Object getValue() {
 hitCount++;
 return value;
 }

 public void setValue(Object value) {
 this.value = value;
 }

 public long getCreateTime() {
 return createTime;
 }

 public void setCreateTime(long createTime) {
 this.createTime = createTime;
 }

 public int getHitCount() {
 return hitCount;
 }

 public void setHitCount(int hitCount) {
 this.hitCount = hitCount;
 }

 public long getLifeTime() {
 return lifeTime;
 }

 public void setLifeTime(long lifeTime) {
 this.lifeTime = lifeTime;
 }
 
 public boolean isExpired() {
 boolean isExpired = System.currentTimeMillis() - getCreateTime() > getLifeTime();
 return isExpired;
 }

 /*
 * (non-Javadoc)
 * @see java.lang.Object#toString()
 */
 public String toString() {
 StringBuffer sb = new StringBuffer();
 sb.append("[ key=").append(key).append(", isExpired=").append(isExpired())
  .append(", lifeTime=").append(lifeTime).append(", createTime=").append(createTime)
  .append(", hitCount=").append(hitCount)
  .append(", value=").append(value).append(" ]");
 return sb.toString();
 }
 
 /*
 * (non-Javadoc)
 * @see java.lang.Object#hashCode()
 */
 public final int hashCode(){
 if(null == key){
  return "".hashCode();
 }
 return this.key.hashCode();
 }
 
 /*
 * (non-Javadoc)
 * @see java.lang.Object#equals(java.lang.Object)
 */
 public final boolean equals(Object object) {
 if ((object == null) || (!(object instanceof CacheElement))) {
  return false;
 }

 CacheElement element = (CacheElement) object;
 if ((this.key == null) || (element.getKey() == null)) {
  return false;
 }

 return this.key.equals(element.getKey());
 }
}

2．  LRULinkedHashMap实现

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * 实现 LRU策略的 LinkedHashMap
 *
 * @param <K>
 * @param <V>
 */
public class LRULinkedHashMap<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> 
{ 
 protected static final long serialVersionUID = 2828675280716975892L;
 
 protected static final int DEFAULT_MAX_ENTRIES = 100;
 
 protected final int initialCapacity; 
 protected final int maxCapacity; 
 protected boolean enableRemoveEldestEntry = true;//是否允许自动移除比较旧的元素(添加元素时)
 
 protected static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.8f; 
 protected final Lock lock = new ReentrantLock(); 

  public LRULinkedHashMap(int initialCapacity) 
  { 
   this(initialCapacity, DEFAULT_MAX_ENTRIES);
  }
  
  public LRULinkedHashMap(int initialCapacity ,int maxCapacity) 
  { 
   //set accessOrder=true, LRU
    super(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR, true); 
    
    this.initialCapacity = initialCapacity; 
    this.maxCapacity = maxCapacity; 
  }

  /*
   *  (non-Javadoc)
   * @see java.util.LinkedHashMap#removeEldestEntry(java.util.Map.Entry)
   */
  protected boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry<K, V> eldest) 
  { 
    return enableRemoveEldestEntry && ( size() > maxCapacity );
  } 

 /*
 *  (non-Javadoc)
 * @see java.util.LinkedHashMap#get(java.lang.Object)
 */
  public V get(Object key) 
  { 
    try { 
      lock.lock(); 
      return super.get(key); 
    } 
    finally { 
      lock.unlock(); 
    } 
  } 

  /*
   *  (non-Javadoc)
   * @see java.util.HashMap#put(java.lang.Object, java.lang.Object)
   */
  public V put(K key, V value) 
  { 
    try { 
      lock.lock(); 
      return super.put(key, value); 
    } 
    finally { 
      lock.unlock(); 
    } 
  } 
  
  /*
   * (non-Javadoc)
   * @see java.util.HashMap#remove(java.lang.Object)
   */
  public V remove(Object key) {
    try { 
      lock.lock();
      return super.remove(key);
    } 
    finally { 
      lock.unlock(); 
    }
  }
  
  /*
   * (non-Javadoc)
   * @see java.util.LinkedHashMap#clear()
   */
  public void clear() {
   try { 
       lock.lock();
       super.clear();
     } 
     finally { 
       lock.unlock();
     }
  }
  
  /*
   * (non-Javadoc)
   * @see java.util.HashMa