Guava 源码分析（Cache 原理【二阶段】）

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前言

在上文「Guava 源码分析（Cache 原理）」中分析了 Guava Cache 的相关原理。

文末提到了回收机制、移除时间通知等内容，许多朋友也挺感兴趣，这次就这两个内容再来分析分析。

在开始之前先补习下 Java 自带的两个特性，Guava 中都有具体的应用。

Java 中的引用

首先是 Java 中的引用。

在之前分享过 JVM 是根据可达性分析算法找出需要回收的对象，判断对象的存活状态都和引用有关。

在 JDK1.2 之前这点设计的非常简单：一个对象的状态只有引用和没被引用两种区别。

这样的划分对垃圾回收不是很友好，因为总有一些对象的状态处于这两之间。

因此 1.2 之后新增了四种状态用于更细粒度的划分引用关系：

强引用（Strong Reference）:这种对象最为常见，比如 A a = new A();这就是典型的强引用；这样的强引用关系是不能被垃圾回收的。
软引用（Soft Reference）:这样的引用表明一些有用但不是必要的对象，在将发生垃圾回收之前是需要将这样的对象再次回收。
弱引用（Weak Reference）:这是一种比软引用还弱的引用关系，也是存放非必须的对象。当垃圾回收时，无论当前内存是否足够，这样的对象都会被回收。
虚引用（Phantom Reference）:这是一种最弱的引用关系，甚至没法通过引用来获取对象，它唯一的作用就是在被回收时可以获得通知。

事件回调

事件回调其实是一种常见的设计模式，比如之前讲过的 Netty 就使用了这样的设计。

这里采用一个 demo，试下如下功能：

Caller 向 Notifier 提问。
提问方式是异步，接着做其他事情。
Notifier 收到问题执行计算然后回调 Caller 告知结果。

在 Java 中利用接口来实现回调，所以需要定义一个接口：

public interface CallBackListener {

    /**
     * 回调通知函数
     * @param msg
     */
    void callBackNotify(String msg) ;
}

Caller 中调用 Notifier 执行提问，调用时将接口传递过去：

public class Caller {

    private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(Caller.class);

    private CallBackListener callBackListener ;

    private Notifier notifier ;

    private String question ;

    /**
     * 使用
     */
    public void call(){

        LOGGER.info("开始提问");

        //新建线程，达到异步效果 
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    notifier.execute(Caller.this,question);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();

        LOGGER.info("提问完毕，我去干其他事了");
    }
    
    //隐藏 getter/setter
    
}

Notifier 收到提问，执行计算（耗时操作），最后做出响应（回调接口，告诉 Caller 结果）。

public class Notifier {

    private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(Notifier.class);

    public void execute(Caller caller, String msg) throws InterruptedException {
        LOGGER.info("收到消息=【{}】", msg);

        LOGGER.info("等待响应中。。。。。");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);


        caller.getCallBackListener().callBackNotify("我在北京！");

    }

}

模拟执行：

    public static void main(String[] args) {
        Notifier notifier = new Notifier() ;

        Caller caller = new Caller() ;
        caller.setNotifier(notifier) ;
        caller.setQuestion("你在哪儿！");
        caller.setCallBackListener(new CallBackListener() {
            @Override
            public void callBackNotify(String msg) {
                LOGGER.info("回复=【{}】" ,msg);
            }
        });

        caller.call();
    }

最后执行结果：

2018-07-15 19:52:11.105 [main] INFO  c.crossoverjie.guava.callback.Caller - 开始提问
2018-07-15 19:52:11.118 [main] INFO  c.crossoverjie.guava.callback.Caller - 提问完毕，我去干其他事了
2018-07-15 19:52:11.117 [Thread-0] INFO  c.c.guava.callback.Notifier - 收到消息=【你在哪儿！】
2018-07-15 19:52:11.121 [Thread-0] INFO  c.c.guava.callback.Notifier - 等待响应中。。。。。
2018-07-15 19:52:13.124 [Thread-0] INFO  com.crossoverjie.guava.callback.Main - 回复=【我在北京！】

这样一个模拟的异步事件回调就完成了。

Guava 的用法

Guava 就是利用了上文的两个特性来实现了引用回收及移除通知。

引用

可以在初始化缓存时利用：

CacheBuilder.weakKeys()
CacheBuilder.weakValues()
CacheBuilder.softValues()

来自定义键和值的引用关系。

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在上文的分析中可以看出 Cache 中的 ReferenceEntry 是类似于 HashMap 的 Entry 存放数据的。

来看看 ReferenceEntry 的定义：

  interface ReferenceEntry {
    /**
     * Returns the value reference from this entry.
     */
    ValueReference getValueReference();

    /**
     * Sets the value reference for this entry.
     */
    void setValueReference(ValueReference valueReference);

    /**
     * Returns the next entry in the chain.
     */
    @Nullable
    ReferenceEntry getNext();

    /**
     * Returns the entry's hash.
     */
    int getHash();

    /**
     * Returns the key for this entry.
     */
    @Nullable
    K getKey();

    /*
     * Used by entries that use access order. Access entries are maintained in a doubly-linked list.
     * New entries are added at the tail of the list at write time; stale entries are expired from
     * the head of the list.
     */

    /**
     * Returns the time that this entry was last accessed, in ns.
     */
    long getAccessTime();

    /**
     * Sets the entry access time in ns.
     */
    void setAccessTime(long time);
}

包含了很多常用的操作，如值引用、键引用、访问时间等。

根据 ValueReference getValueReference(); 的实现：

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具有强引用和弱引用的不同实现。

key 也是相同的道理：

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当使用这样的构造方式时，弱引用的 key 和 value 都会被垃圾回收。

当然我们也可以显式的回收：

  /**
   * Discards any cached value for key {@code key}.
   * 单个回收
   */
  void invalidate(Object key);

  /**
   * Discards any cached values for keys {@code keys}.
   *
   * @since 11.0
   */
  void invalidateAll(Iterable keys);

  /**
   * Discards all entries in the cache.
   */
  void invalidateAll();

回调

改造了之前的例子：

loadingCache = CacheBuilder.newBuilder()
        .expireAfterWrite(2, TimeUnit.SECONDS)
        .removalListener(new RemovalListener() {
            @Override
            public void onRemoval(RemovalNotification notification) {
                LOGGER.info("删除原因={}，删除 key={},删除 value={}",notification.getCause(),notification.getKey(),notification.getValue());
            }
        })
        .build(new CacheLoader() {
            @Override
            public AtomicLong load(Integer key) throws Exception {
                return new AtomicLong(0);
            }
        });

执行结果：

2018-07-15 20:41:07.433 [main] INFO  c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - 当前缓存值=0,缓存大小=1
2018-07-15 20:41:07.442 [main] INFO  c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - 缓存的所有内容={1000=0}
2018-07-15 20:41:07.443 [main] INFO  c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - job running times=10
2018-07-15 20:41:10.461 [main] INFO  c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - 删除原因=EXPIRED，删除 key=1000,删除 value=1
2018-07-15 20:41:10.462 [main] INFO  c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - 当前缓存值=0,缓存大小=1
2018-07-15 20:41:10.462 [main] INFO  c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - 缓存的所有内容={1000=0}

可以看出当缓存被删除的时候会回调我们自定义的函数，并告知删除原因。

那么 Guava 是如何实现的呢？