Mybatis原理--缓存机制(一级缓存)

MyBatis将数据缓存设计成两级结构，分为一级缓存、二级缓存：
一级缓存是Session会话级别的缓存：表示一次数据库会话的SqlSession对象之中，又被称之为本地缓存。一级缓存是MyBatis内部实现的一个特性，用户不能配置，默认情况下自动支持的缓存，用户没有定制它的权利（不过这也不是绝对的，可以通过开发插件对它进行修改）；
二级缓存是Application应用级别的缓存：它的是生命周期很长，跟Application的声明周期一样，也就是说它的作用范围是整个Application应用。

由于MyBatis使用SqlSession对象表示一次数据库的会话，为了减少资源的浪费，MyBatis会在表示会话的SqlSession对象中建立一个简单的缓存，将每次查询到的结果结果缓存起来，当下次查询的时候，如果判断先前有个完全一样的查询，会直接从缓存中直接将结果取出，返回给用户，不需要再进行一次数据库查询了。

一级缓存

实际上, SqlSession只是一个MyBatis对外的接口，SqlSession将它的工作交给了Executor执行器这个角色来完成，负责完成对数据库的各种操作。当创建了一个SqlSession对象时，MyBatis会为这个SqlSession对象创建一个新的Executor执行器，而缓存信息就被维护在这个Executor执行器中，MyBatis将缓存和对缓存相关的操作封装成了Cache接口中，
Executor接口的实现类BaseExecutor中拥有一个Cache接口的实现类PerpetualCache，则对于BaseExecutor对象而言，它将使用PerpetualCache对象维护缓存

public class PerpetualCache implements Cache {
    private String id;
    private Map cache = new HashMap();

    public PerpetualCache(String id) {
        this.id = id;
    }

    public String getId() {
        return this.id;
    }

    public int getSize() {
        return this.cache.size();
    }

    public void putObject(Object key, Object value) {
        this.cache.put(key, value);
    }

    public Object getObject(Object key) {
        return this.cache.get(key);
    }

    public Object removeObject(Object key) {
        return this.cache.remove(key);
    }

    public void clear() {
        this.cache.clear();
    }

    public ReadWriteLock getReadWriteLock() {
        return null;
    }

    public boolean equals(Object o) {
        if(this.getId() == null) {
            throw new CacheException("Cache instances require an ID.");
        } else if(this == o) {
            return true;
        } else if(!(o instanceof Cache)) {
            return false;
        } else {
            Cache otherCache = (Cache)o;
            return this.getId().equals(otherCache.getId());
        }
    }

    public int hashCode() {
        if(this.getId() == null) {
            throw new CacheException("Cache instances require an ID.");
        } else {
            return this.getId().hashCode();
        }
    }
}

一级缓存的生命周期

1. MyBatis在开启一个数据库会话时，会 创建一个新的SqlSession对象，SqlSession对象中会有一个新的Executor对象，Executor对象中持有一个新的PerpetualCache对象；当会话结束时，SqlSession对象及其内部的Executor对象还有PerpetualCache对象也一并释放掉。
2. 如果SqlSession调用了close()方法，会释放掉一级缓存PerpetualCache对象，一级缓存将不可用；
3. 如果SqlSession调用了clearCache()，会清空PerpetualCache对象中的数据，但是该对象仍可使用；
   4.SqlSession中执行了任何一个update操作(update()、delete()、insert())，都会清空PerpetualCache对象的数据，但是该对象可以继续使用；

一级缓存的实现

• 对于某个查询，根据statementId,params,rowBounds来构建一个key值，根据这个key值去缓存Cache中取出对应的key值存储的缓存结果；
• 判断从Cache中根据特定的key值取的数据数据是否为空，即是否命中；
• 如果命中，则直接将缓存结果返回；
• 如果没命中：
  1. 去数据库中查询数据，得到查询结果；
  2. 将key和查询到的结果分别作为key,value对存储到Cache中；
  3. 将查询结果返回；
• 结束。

Cache接口的设计以及CacheKey的定义

public  List query(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler) throws SQLException {
        BoundSql boundSql = ms.getBoundSql(parameter);
        //构建缓存需要的key值
        CacheKey key = this.createCacheKey(ms, parameter, rowBounds, boundSql);
        return this.query(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
    }

//构建缓存需要的key值
public CacheKey createCacheKey(MappedStatement ms, Object parameterObject, RowBounds rowBounds, BoundSql boundSql) {
        if(this.closed) {
            throw new ExecutorException("Executor was closed.");
        } else {
            CacheKey cacheKey = new CacheKey();
            cacheKey.update(ms.getId());
            cacheKey.update(Integer.valueOf(rowBounds.getOffset()));
            cacheKey.update(Integer.valueOf(rowBounds.getLimit()));
            cacheKey.update(boundSql.getSql());
            List parameterMappings = boundSql.getParameterMappings();
            TypeHandlerRegistry typeHandlerRegistry = ms.getConfiguration().getTypeHandlerRegistry();

            for(int i = 0; i < parameterMappings.size(); ++i) {
                ParameterMapping parameterMapping = (ParameterMapping)parameterMappings.get(i);
                if(parameterMapping.getMode() != ParameterMode.OUT) {
                    String propertyName = parameterMapping.getProperty();
                    Object value;
                    if(boundSql.hasAdditionalParameter(propertyName)) {
                        value = boundSql.getAdditionalParameter(propertyName);
                    } else if(parameterObject == null) {
                        value = null;
                    } else if(typeHandlerRegistry.hasTypeHandler(parameterObject.getClass())) {
                        value = parameterObject;
                    } else {
                        MetaObject metaObject = this.configuration.newMetaObject(parameterObject);
                        value = metaObject.getValue(propertyName);
                    }

                    cacheKey.update(value);
                }
            }

            return cacheKey;
        }
    }

调用如下方法时，debug源码的截图
//mapper接口的方法 schoolCustomerDao.selectBySome(1l, "2017-09-17","120706049");

Debug调试截图

CacheKey构建好了之后，就可以存储查询后的结果了，源码如下所示：

private  List queryFromDatabase(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, CacheKey key, BoundSql boundSql) throws SQLException {
        this.localCache.putObject(key, ExecutionPlaceholder.EXECUTION_PLACEHOLDER);

        List list;
        try {
            list = this.doQuery(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, boundSql);
        } finally {
            this.localCache.removeObject(key);
        }
        //缓存查询的结果
        this.localCache.putObject(key, list);
        if(ms.getStatementType() == StatementType.CALLABLE) {
            this.localOutputParameterCache.putObject(key, parameter);
        }

        return list;
    }

得出CacheKey由以下条件可以得到：statementId + rowBounds + 传递给JDBC的SQL + 传递给JDBC的参数值

一级缓存的性能分析

我将从两个 一级缓存的特性来讨论SqlSession的一级缓存性能问题：

• MyBatis对会话（Session）级别的一级缓存设计的比较简单，就简单地使用了HashMap来维护，并没有对HashMap的容量和大小进行限制。
  读者有可能就觉得不妥了：如果我一直使用某一个SqlSession对象查询数据，这样会不会导致HashMap太大，而导致 java.lang.OutOfMemoryError错误啊？ 读者这么考虑也不无道理，不过MyBatis的确是这样设计的。
  MyBatis这样设计也有它自己的理由：

1. 一般而言SqlSession的生存时间很短。一般情况下使用一个SqlSession对象执行的操作不会太多，执行完就会消亡；
2. 对于某一个SqlSession对象而言，只要执行update操作（update、insert、delete），都会将这个SqlSession对象中对应的一级缓存清空掉，所以一般情况下不会出现缓存过大，影响JVM内存空间的问题；
3. 可以手动地释放掉SqlSession对象中的缓存。

• 一级缓存是一个粗粒度的缓存，没有更新缓存和缓存过期的概念
  MyBatis的一级缓存就是使用了简单的HashMap，MyBatis只负责将查询数据库的结果存储到缓存中去， 不会去判断缓存存放的时间是否过长、是否过期，因此也就没有对缓存的结果进行更新这一说了。

根据一级缓存的特性，在使用的过程中，我认为应该注意：

1. 对于数据变化频率很大，并且需要高时效准确性的数据要求，我们使用SqlSession查询的时候，要控制好SqlSession的生存时间，SqlSession的生存时间越长，它其中缓存的数据有可能就越旧，从而造成和真实数据库的误差；同时对于这种情况，用户也可以手动地适时清空SqlSession中的缓存；
2. 对于只执行、并且频繁执行大范围的select操作的SqlSession对象，SqlSession对象的生存时间不应过长。