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故事背景

隨著硬件價(jià)格的走低，大家對硬件的依賴越來越高。甚至聽說，代碼不重要，不行就加機(jī)器唄。比如緩存的使用，通常有基于虛擬機(jī)內(nèi)存、基于磁盤存儲、基于中間件(Redis內(nèi)存)等方式，我們都知道，最適合的才是最好的，但實(shí)踐中，往往是動(dòng)不動(dòng)就直接上Redis。

那么，Redis一定是最好的選擇嗎?單不說對內(nèi)存的要求，從效率和性能上來說，也未必是最優(yōu)的。所以，不同的場景使用不同的緩存策略才是高手應(yīng)該追求的。

這篇文章就帶大家認(rèn)識除Redis之外的另一種緩存框架：EhCache。之所以要寫寫，也是因?yàn)轫?xiàng)目中運(yùn)用了此框架，同時(shí)又遇到點(diǎn)問題，于是決定深入研究一下。研究之后，發(fā)現(xiàn)還真有點(diǎn)意思。

EhCache簡介

EhCache是一個(gè)純Java的進(jìn)程內(nèi)緩存框架，具有快速、精干的特點(diǎn)。注意的這里的關(guān)鍵字進(jìn)程，基于進(jìn)程的緩存直覺告訴我們效率肯定要高一些，因?yàn)樗苯釉谶M(jìn)程之內(nèi)進(jìn)行操作，但不同應(yīng)用之間緩存的共享可能就會有問題。

EhCache是Hibernate中默認(rèn)的CacheProvider，Spring Boot也對其進(jìn)行了支持，Spring中提供的緩存抽象也支持對EhCache緩存框架的綁定，而且支持基于注解的方式來使用。因此，EhCache是一款被廣泛使用的基于Java的高速緩存框架，使用起來也非常方便。

EhCache提供了多種緩存策略，主要分為內(nèi)存和磁盤兩級，是一款面向通用緩存、Java EE和輕量級容器的緩存框架。

EhCache的特點(diǎn)

簡單說一下該框架的特點(diǎn)：

• 簡單、快速，擁有多種緩存策略;
• 緩存數(shù)據(jù)有兩級：內(nèi)存和磁盤，無需擔(dān)心容量問題;
• 緩存數(shù)據(jù)會在虛擬機(jī)重啟的過程中寫入磁盤;
• 可以通過RMI、可插入API等方式進(jìn)行分布式緩存;
• 具有緩存和緩存管理器的偵聽接口;
• 支持多緩存管理器實(shí)例，以及一個(gè)實(shí)例的多個(gè)緩存區(qū)域，并提供Hibernate的緩存實(shí)現(xiàn)。

EhCache可以單獨(dú)使用，但通常會與Mybatis、Shiro等三方類庫結(jié)合使用。本人項(xiàng)目中使用EhCache就是結(jié)合Shiro來使用的。

除了優(yōu)點(diǎn)，EhCache也還有一些缺點(diǎn)。比如，非常占用磁盤空間，這是因?yàn)镈iskCache的算法簡單，只是對元素直接追加存儲。這樣雖然可以提高效率，但在使用頻繁的系統(tǒng)中，磁盤很快會滿。

另外就是不能保證數(shù)據(jù)安全，當(dāng)然突然kill掉Java進(jìn)程時(shí)，可能會產(chǎn)生沖突。EhCache解決沖突的方法是重建Cache，這對Cache數(shù)據(jù)需要保持時(shí)可能會產(chǎn)生影響。Cache只是簡單的加速，不能保證數(shù)據(jù)的安全。

EhCache與Redis

EhCache直接在JVM中進(jìn)行緩存，速度快，效率高。與Redis相比，操作簡單、易用、高效，雖然EhCache也提供有緩存共享的方案，但對分布式集群的支持不太好，緩存共享實(shí)現(xiàn)麻煩。

Redis是通過Socket訪問到緩存服務(wù)，效率比EhCache低，比數(shù)據(jù)庫要快很多，處理集群和分布式緩存方便，有成熟的方案。

所以，如果是單體應(yīng)用，或?qū)彺嬖L問要求很高，可考慮采用EhCache;如果是大型系統(tǒng)，存在緩存共享、分布式部署、緩存內(nèi)容很大時(shí)，則建議采用Redis。

EhCache架構(gòu)圖

看一下EhCache的架構(gòu)圖，大概了解一下它由幾部分組成。

Ehcache-architecture

Cache Replication部分提供了緩存復(fù)制的機(jī)制，用于分布式環(huán)境。EhCache最初是獨(dú)立的本地緩存框架組件，在后期的發(fā)展中，結(jié)合Terracotta服務(wù)陣列模型，可以支持分布式緩存集群，主要有RMI、JGroups、JMS和Cache Server等傳播方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間通信。

In-process APIs則提供了基于JSR、JMX等標(biāo)準(zhǔn)的支持，能夠較好的兼容和移植，同時(shí)對各類對象有較完善的監(jiān)控管理機(jī)制。

Network APIs則對外提供了基于RESTful API、JMS API、Cache Server等方式的支持。

在使用過程中，需要關(guān)注的核心部分便是中間的Core部分了。它包含了核心的API和概念：

• CacheManager：緩存管理器，可以通過單例或者多例的方式創(chuàng)建，也是Ehcache的入口類。
• Cache：每個(gè)CacheManager可以管理多個(gè)Cache，每個(gè)Cache可以采用hash的方式管理多個(gè)Element。所有cache都實(shí)現(xiàn)了Ehcache接口;
• Element：單條緩存數(shù)據(jù)的組成單位，用于存放真正緩存內(nèi)容的。

三者的管理可以用下圖表示：

CacheManager

緩存過期策略

在架構(gòu)圖中還可以看到Memory Store LRU、Memory Store LFU、Memory Store FIFO等內(nèi)存存儲算法。也就是當(dāng)緩存占用空間接近臨界值時(shí)，會采用上面的淘汰策略來清理掉一部分?jǐn)?shù)據(jù)。

EhCache提供了三種淘汰算法：

• FIFO：First In First Out，先進(jìn)先出。判斷被存儲的時(shí)間，離目前最遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)優(yōu)先被淘汰。
• LRU：Least Recently Used，最近最少使用。判斷最近被使用的時(shí)間，目前最遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)優(yōu)先被淘汰。
• LFU：Least Frequently Used，最不經(jīng)常使用。在一段時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)被使用次數(shù)最少的，優(yōu)先被淘汰。

Ehcache采用的是懶淘汰機(jī)制，每次往緩存放入數(shù)據(jù)時(shí)，都會存一個(gè)時(shí)間，在讀取時(shí)要和設(shè)置的時(shí)間做TTL比較來判斷是否過期。

EhCache實(shí)戰(zhàn)解析

了解了上面的基礎(chǔ)知識之后，來實(shí)驗(yàn)一下EhCache如何使用。其中EhCache2.x和EhCache3.x的使用差距較大。

這里采用比較新的3.9.6版本，不同的版本在API的使用上會有所差異。

基于API使用EhCache

EhCache提供了基于API和xml兩種形式創(chuàng)建CacheManger和Cache。先來看基于API的形式：

在pom文件中引入EhCache依賴：

<dependency> 
      <groupId>org.ehcache</groupId> 
      <artifactId>ehcache</artifactId> 
      <version>3.9.6</version> 
</dependency>  

創(chuàng)建并使用的代碼如下：

public class EhCacheTest { 
 
 @Test 
 public void test() { 
  // 1、先創(chuàng)建一個(gè)CacheManagerBuilder； 
  // 2、使用CacheManagerBuilder創(chuàng)建一個(gè)預(yù)配置（pre-configured)緩存：第一個(gè)參數(shù)為別名，第二個(gè)參數(shù)用來配置Cache； 
  // 3、build方法構(gòu)建并初始化；build中true參數(shù)表示進(jìn)行初始化。 
  CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder() 
    .withCache("preConfigured", 
      CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class, 
        ResourcePoolsBuilder.heap(100)).build()) 
    .build(true); 
 
  // 取回在設(shè)定的pre-configured，對于key和value值類型，要求是類型安全的，否則將拋出ClassCastException異常。 
  Cache<Long, String> preConfigured = cacheManager.getCache("preConfigured", Long.class, String.class); 
 
  System.out.println("從緩存中獲取key為preConfigured：" + preConfigured); 
 
  // 根據(jù)需求，通過CacheManager創(chuàng)建出新的Cache。實(shí)例化和完整實(shí)例化的Cache將通過CacheManager.getCache API返回。 
  Cache<Long, String> myCache = cacheManager.createCache("myCache", 
    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class, 
      ResourcePoolsBuilder.heap(100)).build()); 
  // 使用put方法存儲數(shù)據(jù) 
  myCache.put(1L, "da one!"); 
  // 使用get方法獲取數(shù)據(jù) 
  String value = myCache.get(1L); 
  System.out.println("從緩存中獲取key為1L：" + value); 
  // close方法將釋放CacheManager所管理的緩存資源 
  cacheManager.close(); 
 } 
} 

上述代碼基于API的形式演示了如何創(chuàng)建CacheManager及Cache，并對Cache進(jìn)行設(shè)置和獲取。

基于XML使用EhCache

依賴Jar包不變，在src/main/resources/目錄下創(chuàng)建配置文件 ehcache.xml。

<config 
        xmlns:xsi='http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance' 
        xmlns='http://www.ehcache.org/v3' 
        xsi:schemaLocation="http://www.ehcache.org/v3 http://www.ehcache.org/schema/ehcache-core.xsd"> 
 
    <cache alias="foo"> 
        <key-type>java.lang.String</key-type> 
        <value-type>java.lang.String</value-type> 
        <resources> 
            <heap unit="entries">20</heap> 
            <offheap unit="MB">10</offheap> 
        </resources> 
    </cache> 
 
    <cache-template name="myDefaults"> 
        <key-type>java.lang.Long</key-type> 
        <value-type>java.lang.String</value-type> 
        <heap unit="entries">200</heap> 
    </cache-template> 
 
    <cache alias="bar" uses-template="myDefaults"> 
        <key-type>java.lang.Number</key-type> 
    </cache> 
 
    <cache alias="simpleCache" uses-template="myDefaults" /> 
 
</config> 

3.x版本與2.x版本有所區(qū)別，在xml配置文件上非常明顯。2.x中以ehcache元素為根節(jié)點(diǎn)，而3.x則以config為根節(jié)點(diǎn)。

在上述xml中包含三部分：

• 普通緩存cache-foo：別名為foo的緩存，緩存的Key-Value值類型均為String。如果沒有指定，默認(rèn)就是Object類型。
• 緩存模板cache-template：實(shí)現(xiàn)一個(gè)配置抽象，以便在未來可以進(jìn)行擴(kuò)展;
• 基于緩存模板的cache-bar：使用了cache-template模板myDefaults，并且覆蓋了key-type類型，myDefaults的key-type是Long類型，覆蓋后成了Number類型;

cache中其他屬性及元素：

• name為名稱;
• alias為別名;
• key-type為key的類型;
• value-type為value的類型;
• heap指定堆中可創(chuàng)建的實(shí)體格式，其中unit="entries"，表示后面的20是實(shí)體;
• offheap表示在開始淘汰過期緩存項(xiàng)之前，可以分配多達(dá)10M的堆內(nèi)存;
• uses-template表示使用模板的名稱;

當(dāng)然，也可以通過persistence元素來配置緩存的目錄等。其他屬性的使用，大家可以慢慢探索。

基于Spring Boot使用EhCache

前面已經(jīng)提到，Spring對緩存進(jìn)行了支持，Spring Boot也對緩存進(jìn)行了自動(dòng)配置的支持。下面就基于Spring Boot來完成EhCache的集成以及使用案例演示。

在Spring Boot中引入對應(yīng)的starter：

<!-- ehcache依賴--> 
<dependency> 
 <groupId>org.springframework.boot</groupId> 
 <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId> 
</dependency> 
<dependency> 
 <groupId>org.ehcache</groupId> 
 <artifactId>ehcache</artifactId> 
 <version>3.9.6</version> 
</dependency> 

在application.properties中配置添加如下配置：

spring.cache.ehcache.config=ehcache.xml 

在Spring Boot啟動(dòng)類上添加@EnableCaching注解：

@EnableCaching 
@SpringBootApplication 
@MapperScan("com.secbro.mapper") 
public class SpringBootMainApplication { 
 public static void main(String[] args) { 
  SpringApplication.run(SpringBootMainApplication.class, args); 
 } 
} 

創(chuàng)建一個(gè)用戶緩存的實(shí)體類Person：

@Data 
public class Person { 
 
 public Person(int id,String name){ 
  this.id = id; 
  this.name = name; 
 } 
 
 private int id; 
 
 private String name; 
} 

對應(yīng)的Service方法實(shí)現(xiàn)：

public interface PersonService { 
 Person getById(int id); 
} 
 
@Slf4j 
@Service("personService") 
public class PersonServiceImpl implements PersonService { 
 
 @Cacheable(value = "personCache", key = "#id") 
 @Override 
 public Person getById(int id) { 
  log.info("查詢id={}的用戶", id); 
  if (id == 1) { 
   return new Person(1, "Tom"); 
  } else if (id == 2) { 
   return new Person(2, "Jim"); 
  } 
  return new Person(3, "Other"); 
 } 
} 

通過Spring提供@Cacheable注解指定了緩存的名稱為personCache，key為id。在方法內(nèi)打印日志，如果調(diào)用到方法內(nèi)，則會打印。

編寫單元測試類：

@Slf4j 
@SpringBootTest 
@TestMethodOrder(MethodOrderer.OrderAnnotation.class) 
class PersonServiceTest { 
 
 @Resource 
 private PersonService personService; 
 
 @org.junit.jupiter.api.Order(1) 
 @Test 
 void testCache() throws InterruptedException { 
  log.info("第1次查詢id=1的數(shù)據(jù)"); 
  personService.getById(1); 
  log.info("第2次查詢id=1的數(shù)據(jù)"); 
  personService.getById(1); 
  Thread.sleep(3000); 
 } 
} 

兩次調(diào)用對應(yīng)的方法，打印日志如下：

c.s.s.PersonServiceTest                  : 第1次查詢id=1的數(shù)據(jù) 
c.s.s.i.PersonServiceImpl                : 查詢id=1的用戶 
c.s.s.PersonServiceTest                  : 第2次查詢id=1的數(shù)據(jù) 

可以看到，第一進(jìn)入方法內(nèi)進(jìn)行查詢，第二次便走了緩存。

關(guān)于Spring提供的cache注解的使用還有很多使用方法和場景，這里就不再展開了。

小結(jié) 

因?yàn)楣ぷ髑『糜玫皆摷夹g(shù)，就鉆研并寫成文章帶大家領(lǐng)略了EhCache的基本知識、技術(shù)架構(gòu)、使用場景、API使用以及基于Spring Boot的集成。整體而言，算是入門級別的，大家可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)習(xí)擴(kuò)展。至于EhCache對分布式的支持部分，本文并未涉及，主要原因是使用起來并沒那么好用，如果感興趣的話可自行研究。