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GuavaCache

news 2025/9/29 9:24:35

(一) 应用场景

本地缓存：高并发场景下，使用guavaCache实现本地缓存，提高系统吞吐量，降低数据库压力。

(二)简介

guavaCache是Goole guava库中一个组件，支持多种配置：设置缓存大小、过期策略、且是线程安全的,无需额外同步控制；

(三) 基本特性

  • 线程安全：从数据库加载数据时，只允许一个线程去加载，防止缓存过期时大量请求打到数据库，造成雪崩；
  • 自动加载：缓存失效时，会自动调用指定方法加载；
  • 过期策略：基于时间的过期策略；包括创建后（expire after write）的过期和访问后的过期（expire after access）
  • 惰性删除&惰性加载：缓存过期时不会立即被删除；设置的expire after write到期后reload方法也不会立刻去执行。只有在有请求进来时且缓存未过期，reload方法才会执行
  • 本质是一个ConcurrentMap
class LocalCache<K, V> extends AbstractMap<K, V> implements ConcurrentMap<K, V> {
}

(四) 示例(1)

代码：

public void test3() throws InterruptedException{final AtomicInteger COUNTER = new AtomicInteger(0);ListeningExecutorService refreshPool = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newFixedThreadPool(8) // 根据实际情况调整线程池大小);LoadingCache<String, String> loadingCacheMap = CacheBuilder.newBuilder().initialCapacity(10) // 初始容量
//            .maximumSize(8)   // 设定最大容量.expireAfterWrite(10L, TimeUnit.SECONDS) // 设定写入过期时间
//            .concurrencyLevel(8)  // 设置最大并发写操作线程数.refreshAfterWrite(5L, TimeUnit.SECONDS) // 设定自动刷新数据时间.build(new CacheLoader<String, String>() {@Overridepublic String load(@NotNull String key) {log.info("load方法执行");try {return fetchDataFromDB(key);} catch (Exception e) {log.error("从数据库加载出现异常,key为:{},异常为:", key, e);}return null;}@Overridepublic ListenableFuture<String> reload(String key, String oldValue) {log.info("reload方法执行");return refreshPool.submit(() -> {return fetchDataFromDB(key); // 重新从数据库加载数据});}public String fetchDataFromDB(String key) {try {Thread.sleep(2000);Random random = new Random();String value = key+ random.nextInt();log.info("新生成的value值为:{}",value);return value;} catch (Exception e) {log.error("fetchDataFromDB出现异常");}return null;}});ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(5);for (int i = 0; i <= 4; i++) {pool.scheduleAtFixedRate(()-> {try {long start = System.currentTimeMillis();int threadNo = COUNTER.getAndIncrement() % 10; // 自己算编号Thread.currentThread().setName("worker-" + threadNo);log.info("异步线程开始");log.info("获取到的结果:{},耗时:{}", loadingCacheMap.get("aaaa"), System.currentTimeMillis() - start);} catch (ExecutionException e) {throw new RuntimeException(e);}},0,13,TimeUnit.SECONDS);}new CountDownLatch(1).await(2,TimeUnit.MINUTES);log.info("阻塞结束,主线程继续");}

执行结果：

在这里插入图片描述

代码说明

  • 过期策略是创建10s后过期，5s后有请求访问的话，执行reload方法；
  • 定时任务是13s跑一次，所以，每次定时任务访问缓存都是过期的；
  • 模拟并发场景，多个线程同时，访问缓存同一条数据，日志【load方法执行】和日志【新生成的value值为xxx】每次只打印一次，说明guavaCache是有并发控制的，同一时刻只能有一个线程执行更新操作(执行load方法)；且每次都是执行的load方法(未执行reload方法，什么时候执行？看下面的示例)，说明过期时间是生效的，符合预期；

(五)示例(2)

代码

public void test2() throws InterruptedException {final AtomicInteger COUNTER = new AtomicInteger(0);ListeningExecutorService refreshPool = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newFixedThreadPool(8) // 根据实际情况调整线程池大小);LoadingCache<String, String> loadingCacheMap = CacheBuilder.newBuilder().initialCapacity(10) // 初始容量
//            .maximumSize(8)   // 设定最大容量.expireAfterWrite(10L, TimeUnit.SECONDS) // 设定写入过期时间
//            .concurrencyLevel(8)  // 设置最大并发写操作线程数.refreshAfterWrite(5L, TimeUnit.SECONDS) // 设定自动刷新数据时间.build(new CacheLoader<String, String>() {@Overridepublic String load(@NotNull String key) {log.info("load方法执行");try {return fetchDataFromDB(key);} catch (Exception e) {log.error("从数据库加载出现异常,key为:{},异常为:", key, e);}return null;}@Overridepublic ListenableFuture<String> reload(String key, String oldValue) {log.info("reload方法执行");return refreshPool.submit(() -> {return fetchDataFromDB(key); // 重新从数据库加载数据});}public String fetchDataFromDB(String key) {try {Thread.sleep(2000);Random random = new Random();String value = key+ random.nextInt();log.info("新生成的value值为:{}",value);return value;} catch (Exception e) {log.error("fetchDataFromDB出现异常");}return null;}});ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(10);pool.scheduleAtFixedRate(()-> {try {long start = System.currentTimeMillis();int threadNo = COUNTER.getAndIncrement() % 10; // 自己算编号Thread.currentThread().setName("worker-" + threadNo);log.info("异步线程开始");log.info("获取到的结果:{},耗时:{}", loadingCacheMap.get("aaaa"), System.currentTimeMillis() - start);} catch (ExecutionException e) {throw new RuntimeException(e);}},0,13,TimeUnit.SECONDS);new CountDownLatch(1).await(2,TimeUnit.MINUTES);log.info("阻塞结束,主线程继续");}

执行结果

在这里插入图片描述

代码说明

  • 过期策略是创建10s后过期，5s后有请求访问的话，执行reload方法；
  • 定时任务13秒跑一次，每次访问缓存已过期，应重新加载
  • 模拟串行场景，每次异步线程开始，都会打印重新加载的相关日志，说明过期时间是生效的；
  • 定时任务13s跑一次，缓存是10s过期，但是在定时任务访问时没有从缓存中直接取，而是重新加载，说明guavaCache是懒加载的，只有在有请求时，才会加载和更新缓存；
  • 那配置的5秒，以及reload方法什么时候生效和执行呢？请看示例(3)

(六) 示例(3)

代码(以串行执行为例)

public void test2() throws InterruptedException {final AtomicInteger COUNTER = new AtomicInteger(0);ListeningExecutorService refreshPool = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newFixedThreadPool(8) // 根据实际情况调整线程池大小);LoadingCache<String, String> loadingCacheMap = CacheBuilder.newBuilder().initialCapacity(10) // 初始容量
//            .maximumSize(8)   // 设定最大容量.expireAfterWrite(10L, TimeUnit.SECONDS) // 设定写入过期时间
//            .concurrencyLevel(8)  // 设置最大并发写操作线程数.refreshAfterWrite(5L, TimeUnit.SECONDS) // 设定自动刷新数据时间.build(new CacheLoader<String, String>() {@Overridepublic String load(@NotNull String key) {log.info("load方法执行");try {return fetchDataFromDB(key);} catch (Exception e) {log.error("从数据库加载出现异常,key为:{},异常为:", key, e);}return null;}@Overridepublic ListenableFuture<String> reload(String key, String oldValue) {log.info("reload方法执行");return refreshPool.submit(() -> {return fetchDataFromDB(key); // 重新从数据库加载数据});}public String fetchDataFromDB(String key) {try {Thread.sleep(2000);Random random = new Random();String value = key+ random.nextInt();log.info("新生成的value值为:{}",value);return value;} catch (Exception e) {log.error("fetchDataFromDB出现异常");}return null;}});ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(10);pool.scheduleAtFixedRate(()-> {try {long start = System.currentTimeMillis();int threadNo = COUNTER.getAndIncrement() % 10; // 自己算编号Thread.currentThread().setName("worker-" + threadNo);log.info("异步线程开始");log.info("获取到的结果:{},耗时:{}", loadingCacheMap.get("aaaa"), System.currentTimeMillis() - start);} catch (ExecutionException e) {throw new RuntimeException(e);}},0,8,TimeUnit.SECONDS);new CountDownLatch(1).await(2,TimeUnit.MINUTES);log.info("阻塞结束,主线程继续");}

执行结果

在这里插入图片描述

代码说明

  • 过期策略是创建10s后过期，5s后有请求访问的话，执行reload方法；

  • 定时任务是8秒跑一次，理论上，每次访问不会过期

  • 模拟串行场景：可以看到，定时任务第一访问时(第0秒)，缓存为空，执行load方法加载数据；

  • 第二次访问时(第8秒)，缓存还未过期，从缓存中取旧值，且可以看到耗时很短，毫秒级别(可以说明是从缓存中取的值且取到的值和上一次的值一样)；

  • 同时，在第8秒，此线程打印了【reload方法执行】(说明reload方法执行；我们配置的是5s执行，但是在第8s执行，说明reload方法也是懒加载的，只在有请求时执行)

  • 与示例(1)对比，为什么示例(3)执行了reload方法，示例(1)没有执行，是因为示例(3)中，定时任务在访问缓存中，缓存还未过期，所以才会执行reload方法

  • 同时，在第8秒第二次定时任务访问缓存时，获取完数据后，下面有一个异步线程(pool-19-thread-1)，打印了【新生成的value值】，这说明执行了reload方法；而且，第三次定时任务取到的就是第二次异步线程加载的新值

  • 从图中也可以看到，除第一次外，每次定时任务取到的值都是上一次定时任务的异步线程生成的新值

  • 线程名称是pool-19-thread-xx 这种的都是异步线程
    在这里插入图片描述

  • 因此，若每次访问缓存数据还没过期且设置了refreshAfterWrite参数，那么之后，只会执行reload方法，不会再执行load方法了

(七) 总结

  • load方法和reload方法都是懒加载的，只有在请求到达时，才可能执行；
  • load方法和reload方法都是线程安全的，同一时刻只能有一个线程执行；
  • reload方法的执行时机是要保证访问的缓存还在有效期内，才能执行reload方法；若访问的缓存已经过了有效期，那只会执行load方法
  • 在高并发场景下，使用refreshAfterWrite(reload方法的执行频率)参数是为了给缓存续命，减少数据库的压力，所以该参数的设置应该小于expireAfterWrite(load方法的执行频率，创建后的过期时间)参数，这样才能达到目的。

(八) 彩蛋

  • 有个问题，如果设置的过期是10s(expireAfterWrite参数)，自动刷新时间(refreshAfterWrite参数)是5s，定时任务每2s访问缓存一次，那么guavaCache是怎么判断在第几秒执行reload方法呢？
  • 个人拙见：设自动刷新时间是5s，过期时间是17:25:30，当前访问时间是17:25:24，当前请求进来时，判断当前时间与过期时间的差值是否小于配置的自动刷新时间，即17:25:30-17:25:24=6s，不小于，则不执行reload；若小于，则执行reload方法。
http://www.dtcms.com/a/419434.html

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