Java实现本地缓存的常用方案介绍

2025-05-29 16:50

本文主要是介绍Java实现本地缓存的常用方案介绍,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

《Java实现本地缓存的常用方案介绍》本地缓存的代表技术主要有HashMap,GuavaCache,Caffeine和Encahche,这篇文章主要来和大家聊聊java利用这些技术分别实现本地缓存的方...

本地缓存

就是和应用服务器一起的缓存工具,将需要缓存的数据放到本地缓存中,可以大大的提升访问速度。

是指和应用程序在同一个进程内的内存空间去存储数据,数据的读写都是在同一个进程内完成的。

实现方式

本地缓存的代表技术主要有HashMap,Guava Cache,Caffeine和Encahche

  • Map:使用 Java 的 Map 集合来实现本地缓存,将数据存储在内存中,以键值对的形式进行访问。
  • Guava Cache:Google 开源的缓存库,提供了线程安全的本地缓存实现,支持python缓存的自动回收和过期时间设置等功能。
  • Ehcache:一种轻量级的 Java 缓存框架,可以将数据存储在 JVM 中或者磁盘中,支持缓存的自动回收和过期时间设置等功能。
  • Caffeine:由 Google 开源的 Java 缓存框架,提供了高性能和可伸缩的缓存实现,支持缓存的自动回收和多种缓存逐出策略等功能。

HashMap

这是最简单的方式,你可以使用Java的HashMap来存储缓存数据。这种方式在数据量小的情况下是可以的。但是如果你需要在多线程环境下读写缓存,那么这种方式可能会引起线程安全问题。

import java.util.HashMap;  
import java.util.Map;  
  
public class SimpleCache {  
    private Map<String, Object> cache = new HashMap<>();  
  
    public Object get(String key) {  
        return cache.get(key);  
    }  
  
    public void put(String key, Object value) {  
        cache.put(key, value);  
    }  
}

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Java中的一个线程安全的Map实现,可以在多线程环境下安全地读写缓存。

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;  
import java.util.Map;  
  
public class ConcurrentCache {  
    private Map<String, Object> cache = new ConcurrentHashMap<>();  
  
    public Object get(String key) {  
        return cache.get(key);  
    }  
  
    public void put(String key, Object value) {  
        cache.put(key, value);  
    }  
}

Guava Cache

Guava是Google的Java核心库,提供了强大的缓存功能。它提供了多种缓存策略,例如基于时间的过期策略、基于大小的淘汰策略等。

import com.google.common.cache.Cache;  
import com.google.common.cache.CacheBuilder;  
import java.util.concurrent.TimeUnit;  
  
public class GuavaCache {  
    private Cache<String, Object> cache = CacheBuilder.newBuilder()  
            .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES) // 设置缓存过期时间为10分钟  
            .maximumSize(1000) // 设置缓存最大容量为1000个元素  
            .build();  
  
    public Object get(String key) {  
        return cache.getIfPresent(key);  
    }  
  
    public void put(String key, Object value) {  
        cache.put(key, value);  
    }  
}

Caffeine

是基于java8实现的新一代缓存工具,缓存性能接近理论最优,可以看作是Guava Cache的增强版,功能上两者类似,不同的是Caffeine采用了一种结合LRU、LFU优点的算法:W-TinyLFU,在性能上有明显的优越性。

import com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache;
import com.github.benmanes.caffeine.cache.Caffeine;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class LocalCacheExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个基php于 Caffeine 的缓存实例
        Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()
                .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES) // 设置缓存过期时间为10分钟
                .maximumSize(100) // 设置缓存最大容量为100个键值对
                .build();

        // 将数据放入缓存
        cache.put("key1", "value1");
        cache.put("key2", "value2");

        // 从缓存中获取数据
        String value1 = cache.getIfPresent("key1");
        System.out.println("Value for key1: " + value1);

        // 缓存中不存在的键,返回null
        String value3 = cache.getIfPresent("key3");
        System.out.println("Value for key3: " + value3);

        // 缓存中不存在的键,使用自定义的加载函数加载数据并放入缓存
        String value4 = cache.get("key4", key -> "value4");
        System.out.println("Value for key4: " + value4);

        // 手动移除缓存中的数据
        cache.invalidate("key2");

        // 清空缓存
        cache.invalidateAll();
    }
}

上述代码通过 Caffeine.newBuilder() 创建一个缓存实例,并使用 expireAfterWrite 设置缓存过期时间,使用 maximumSize 设置缓存的最大容量。然后通过 put 方法将数据放入缓存,通过 getIfPresent 方法从缓存中获取数据。如果缓存中不存在指定的键,则使用 get 方法并传入自定义的加载函数来加载数据并放入缓存。可以使用 invalidate 方法手动移除缓存中的数据,或者使用 invalidateAll 方法清空整个缓存。

请注意,在使用以上代码时,需要确保已引入 Caffeine 的相关依赖项,并进行相应的配置和初始化操作。

Ehcache

下面是使用 Ehcache 实现本地缓存的示例代码:

import org.ehcache.Cache;
import org.ehcache.CacheManager;
import org.ehcache.config.CacheConfiguration;
import org.ehcache.config.builders.CacheConfigurationBuilder;
import org.ehcache.config.builders.CacheManagerBuilder;
import org.ehcache.config.builders.ResourcePoolsBuilder;

import java.time.Duration;

public class LocalCacheExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个基于 Ehcache 的缓存管理器
        CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().buildwww.chinasem.cn();
        cacheManager.init();

        // 创建一个缓存配置
        CacheConfiguration<String, String> cacheConfiguration = CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(
                String.class, String.class,
                ResourcePoolsBuilder.heap(100)) // 设置缓存最大容量为100个键值对
                .withExpiry(
                        CacheConfigurationBuilder.newExpiryPolicyBuilder(Duration.ofMinutes(10))) // 设置缓存过期时间为10分钟
                .build();

        // 创建一个缓存实例
        Cache<String, String> cache = cacheManager.createCache("myCache", cacheConfiguration);

        // 将数据放入缓存
        cache.put("key1", "value1");
        cache.put("key2", "value2");

        // 从缓存中获取数据
        String value1 = cache.get("key1");
        System.out.println("Value for key1: " + value1);

        // 缓存中不存在的键,返回null
        String value3 = cache.get("key3");
        System.out.println("Value for key3: " + value3);

        // 手动移除缓存中的数据
        cache.remove("key2");

        // 关闭缓存管理器
        cacheManager.close();
    }
}

上述代码通过 CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder() 创建一个缓存管理器,并使用 init() 进行初始化操作。然后使用 CacheConfigurationBuilder 创建一个缓存配置,通过 heap 设置缓存最大容量,通过 withExpiry 设置缓存过期时间。接着通过 cacheManager.createCache() 创建一个缓存实例,传入缓存的名称和缓存配置。可以使用 put 方法将数据放入缓存,使用 get 方法从缓存中获取数据,使用 remove 方法手动移除缓存中的数据。最后使用 cacheManager.close() 关闭缓存管理器。

请注意,在使用以上代码时,需要确保已引入 Ehcache 的相关依赖项,并进行相应的配置和初始化操作。

实现方式优缺点

HashMap、ConcurrentHashMap、Guava Cache和Caffeine都是Java中常用的缓存实现方案,它们各自有不同的优缺点。

1.HashMap:

优点:简单、直接,不需要引入第三方包,适合简单的场景。

缺点:没有缓存淘汰策略,定制化开发成本高,且在多线程环境下可能存在线程安全问题。

2. ConcurrentHashMap:

优点:线程安全,可以在多线程环境下安全地读写缓存。

缺点:相比HashMap,ConcurrentHashMap更加复杂,且在缓存淘汰策略方面仍然有所限制。

3. Guava Cache:

优点:功能强大,提供了多种缓存策略,例如基于时间的过期策略、基于大小的淘汰策略等。性能好,支持异步加载和批量操作。

缺点:需要引入Guava库,且组件的缓存同步需要自己实现。

4. Caffeine:

优点:基于Java的高性能缓存库,提供了内存缓存的功能。使用了类似于ConcurrentHashMap的分段锁机制,并提供了更多的缓存策略和配置选项。缓存性能接近理China编程论最优,属于是Guava Cache的增强版。

缺点:需要引入Caffeine库,且需要一定的学习成本。

5.Ehcache:

优点:支持本地缓存和分布式缓存,提供了丰富android的配置选项和缓存策略(如过期时间、最大大小、持久化等)。可以与Spring框架无缝集成。

缺点:在高并发环境下,性能可能不如Caffeine、Memcached和Redis。分布式缓存功能相对较新,可能不如Redis和Memcached成熟稳定。

综上所述,选择哪种本地缓存方案取决于具体的需求和场景。如果需求简单,且不需要考虑线程安全问题,那么HashMap是一个不错的选择。如果需要在多线程环境下读写缓存,那么ConcurrentHashMap是一个更好的选择。如果需要更强大的缓存功能,例如缓存淘汰策略、异步加载等,那么Guava Cache或Caffeine是一个不错的选择。对于需要分布式缓存的场景,Ehcache是一个不错的选择。

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