Caffeine史上最快的内存缓存
引言
在现代的Web应用程序中，缓存是提升性能，减少数据库负载，加快响应速度的关键技术之一。Spring Boot作为一个简化Spring应用开发的框架，提供了与多种缓存技术集成的支持。Caffeine是一个高性能，灵活的缓存库，它可以作为本地缓存在Java应用中广泛使用。本文将详细介绍如何在Spring Boot项目中集成Caffeine缓存，并通过一个实例来展示它的使用。
什么是Caffeine缓存？
Caffeine是一个Java 8的缓存库，设计目的是超越Guava缓存库的性能，提供近乎最优的命中率。它提供了一个构建高性能缓存的完整工具集，支持多种缓存策略，如：LRU（最近最少使用）、LFU（最不经常使用）和W-TinyLFU（窗口缓存策略）等。
一、本地缓存介绍
缓存在日常开发中启动至关重要的作用，由于是存储在内存中，数据的读取速度是非常快的，能大量减少对数据库的访问，减少数据库的压力。
之前介绍过 Redis 这种 NoSql 作为缓存组件，它能够很好的作为分布式缓存组件提供多个服务间的缓存，但是 Redis 这种还是需要网络开销，增加时耗。本地缓存是直接从本地内存中读取，没有网络开销，例如秒杀系统或者数据量小的缓存等，比远程缓存更合适。
二、缓存组件 Caffeine 介绍
按 Caffeine Github 文档描述，Caffeine 是基于 JAVA 8 的高性能缓存库。并且在 spring5 (springboot 2.x) 后，spring 官方放弃了 Guava，而使用了性能更优秀的 Caffeine 作为默认缓存组件。
1、Caffeine 性能
可以通过下图观测到，在下面缓存组件中 Caffeine 性能是其中最好的。
2、Caffeine 配置说明
| 参数 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| initialCapacity | integer | 初始的缓存空间大小 |
| maximumSize | long | 缓存的最大条数 |
| maximumWeight | long | 缓存的最大权重 |
| expireAfterAccess | duration | 最后一次写入或访问后，指定经过多长的时间过期 |
| expireAfterWrite | duration | 最后一次写入后，指定经过多长的时间缓存过期 |
| refreshAfterWrite | duration | 创建缓存或者最近一次更新缓存后，经过指定的时间间隔后刷新缓存 |
| weakKeys | boolean | 打开 key 的弱引用 |
| weakValues | boolean | 打开 value 的弱引用 |
| softValues | boolean | 打开 value 的软引用 |
| recordStats | - | 开发统计功能 |
注意：
weakValues和softValues不可以同时使用。maximumSize和maximumWeight不可以同时使用。expireAfterWrite和expireAfterAccess同时存在时，以expireAfterWrite为准。
3、软引用与弱引用
- 软引用： 如果一个对象只具有软引用，且内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它；如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。
- 弱引用： 弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存
// 软引用
Caffeine.newBuilder().softValues().build();
// 弱引用
Caffeine.newBuilder().weakKeys().weakValues().build();
三、SpringBoot 集成 Caffeine 两种方式
SpringBoot 有俩种使用 Caffeine 作为缓存的方式：
- 方式一： 直接引入 Caffeine 依赖，然后使用 Caffeine 方法实现缓存。
- 方式二： 引入 Caffeine 和 SpringCache 依赖，使用 SpringCache 注解方法实现缓存。
下面将介绍下，这俩中集成方式都是如何实现的。
四、SpringBoot 集成 Caffeine 方式一
1、Maven 引入相关依赖
<dependency>
<groupId>com.github.ben-manes.caffeinegroupId>
<artifactId>caffeineartifactId>
dependency>
2、配置缓存配置类
@Configuration
public class CacheConfig {
@Bean
public Cache<String, Object> caffeineCache() {
return Caffeine.newBuilder()
// 设置最后一次写入或访问后经过固定时间过期
.expireAfterWrite(60, TimeUnit.SECONDS)
// 初始的缓存空间大小
.initialCapacity(100)
// 缓存的最大条数
.maximumSize(1000)
.build();
}
}
3、定义测试的实体对象
@Data
@ToString
public class UserInfo {
private Integer id;
private String name;
private String sex;
private Integer age;
}
4、定义服务接口类和实现类
服务接口
public interface UserInfoService {
/**
* 增加用户信息
*
* @param userInfo 用户信息
*/
void addUserInfo(UserInfo userInfo);
/**
* 获取用户信息
*
* @param id 用户ID
* @return 用户信息
*/
UserInfo getByName(Integer id);
/**
* 修改用户信息
*
* @param userInfo 用户信息
* @return 用户信息
*/
UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo);
/**
* 删除用户信息
*
* @param id 用户ID
*/
void deleteById(Integer id);
}
服务实现类
@Slf4j
@Service
public class UserInfoServiceImpl implements UserInfoService {
/**
* 模拟数据库存储数据
*/
private HashMap<Integer, UserInfo> userInfoMap = new HashMap<>();
@Autowired
Cache<String, Object> caffeineCache;
@Override
public void addUserInfo(UserInfo userInfo) {
log.info("create");
userInfoMap.put(userInfo.getId(), userInfo);
// 加入缓存
caffeineCache.put(String.valueOf(userInfo.getId()),userInfo);
}
@Override
public UserInfo getByName(Integer id) {
// 先从缓存读取
UserInfo userInfo = (UserInfo) caffeineCache.asMap().get(String.valueOf(id));
if (userInfo != null){
return userInfo;
}
// 如果缓存中不存在，则从库中查找
log.info("get");
userInfo = userInfoMap.get(id);
// 如果用户信息不为空，则加入缓存
if (userInfo != null){
caffeineCache.put(String.valueOf(userInfo.getId()),userInfo);
}
return userInfo;
}
@Override
public UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo) {
log.info("update");
if (!userInfoMap.containsKey(userInfo.getId())) {
return null;
}
// 取旧的值
UserInfo oldUserInfo = userInfoMap.get(userInfo.getId());
// 替换内容
if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getAge())) {
oldUserInfo.setAge(userInfo.getAge());
}
if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getName())) {
oldUserInfo.setName(userInfo.getName());
}
if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getSex())) {
oldUserInfo.setSex(userInfo.getSex());
}
// 将新的对象存储，更新旧对象信息
userInfoMap.put(oldUserInfo.getId(), oldUserInfo);
// 替换缓存中的值
caffeineCache.put(String.valueOf(oldUserInfo.getId()),oldUserInfo);
return oldUserInfo;
}
@Override
public void deleteById(Integer id) {
log.info("delete");
userInfoMap.remove(id);
// 从缓存中删除
caffeineCache.asMap().remove(String.valueOf(id));
}
}
5、测试的 Controller 类
@RestController
@RequestMapping
public class UserInfoController {
@Autowired
private UserInfoService userInfoService;
@GetMapping("/userInfo/{id}")
public Object getUserInfo(@PathVariable Integer id) {
UserInfo userInfo = userInfoService.getByName(id);
if (userInfo == null) {
return "没有该用户";
}
return userInfo;
}
@PostMapping("/userInfo")
public Object createUserInfo(@RequestBody UserInfo userInfo) {
userInfoService.addUserInfo(userInfo);
return "SUCCESS";
}
@PutMapping("/userInfo")
public Object updateUserInfo(@RequestBody UserInfo userInfo) {
UserInfo newUserInfo = userInfoService.updateUserInfo(userInfo);
if (newUserInfo == null){
return "不存在该用户";
}
return newUserInfo;
}
@DeleteMapping("/userInfo/{id}")
public Object deleteUserInfo(@PathVariable Integer id) {
userInfoService.deleteById(id);
return "SUCCESS";
}
}
五、SpringBoot 集成 Caffeine 方式二
1、Maven 引入相关依赖
<dependency>
<groupId>org.springframework.bootgroupId>
<artifactId>spring-boot-starter-cacheartifactId>
dependency>
<dependency>
<groupId>com.github.ben-manes.caffeinegroupId>
<artifactId>caffeineartifactId>
dependency>
2、配置缓存配置类
@Configuration
public class CacheConfig {
/**
* 配置缓存管理器
*
* @return 缓存管理器
*/
@Bean("caffeineCacheManager")
public CacheManager cacheManager() {
CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();
cacheManager.setCaffeine(Caffeine.newBuilder()
// 设置最后一次写入或访问后经过固定时间过期
.expireAfterAccess(60, TimeUnit.SECONDS)
// 初始的缓存空间大小
.initialCapacity(100)
// 缓存的最大条数
.maximumSize(1000));
return cacheManager;
}
}
3、定义测试的实体对象
@Data
@ToString
public class UserInfo {
private Integer id;
private String name;
private String sex;
private Integer age;
}
4、定义服务接口类和实现类
服务接口
public interface UserInfoService {
/**
* 增加用户信息
*
* @param userInfo 用户信息
*/
void addUserInfo(UserInfo userInfo);
/**
* 获取用户信息
*
* @param id 用户ID
* @return 用户信息
*/
UserInfo getByName(Integer id);
/**
* 修改用户信息
*
* @param userInfo 用户信息
* @return 用户信息
*/
UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo);
/**
* 删除用户信息
*
* @param id 用户ID
*/
void deleteById(Integer id);
}
服务实现类
@Slf4j
@Service
@CacheConfig(cacheNames = "caffeineCacheManager")
public class UserInfoServiceImpl implements UserInfoService {
/**
* 模拟数据库存储数据
*/
private HashMap<Integer, UserInfo> userInfoMap = new HashMap<>();
@Override
@CachePut(key = "#userInfo.id")
public void addUserInfo(UserInfo userInfo) {
log.info("create");
userInfoMap.put(userInfo.getId(), userInfo);
}
@Override
@Cacheable(key = "#id")
public UserInfo getByName(Integer id) {
log.info("get");
return userInfoMap.get(id);
}
@Override
@CachePut(key = "#userInfo.id")
public UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo) {
log.info("update");
if (!userInfoMap.containsKey(userInfo.getId())) {
return null;
}
// 取旧的值
UserInfo oldUserInfo = userInfoMap.get(userInfo.getId());
// 替换内容
if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getAge())) {
oldUserInfo.setAge(userInfo.getAge());
}
if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getName())) {
oldUserInfo.setName(userInfo.getName());
}
if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getSex())) {
oldUserInfo.setSex(userInfo.getSex());
}
// 将新的对象存储，更新旧对象信息
userInfoMap.put(oldUserInfo.getId(), oldUserInfo);
// 返回新对象信息
return oldUserInfo;
}
@Override
@CacheEvict(key = "#id")
public void deleteById(Integer id) {
log.info("delete");
userInfoMap.remove(id);
}
}
5、测试的 Controller 类
RestController
@RequestMapping
public class UserInfoController {
@Autowired
private UserInfoService userInfoService;
@GetMapping("/userInfo/{id}")
public Object getUserInfo(@PathVariable Integer id) {
UserInfo userInfo = userInfoService.getByName(id);
if (userInfo == null) {
return "没有该用户";
}
return userInfo;
}
@PostMapping("/userInfo")
public Object createUserInfo(@RequestBody UserInfo userInfo) {
userInfoService.addUserInfo(userInfo);
return "SUCCESS";
}
@PutMapping("/userInfo")
public Object updateUserInfo(@RequestBody UserInfo userInfo) {
UserInfo newUserInfo = userInfoService.updateUserInfo(userInfo);
if (newUserInfo == null){
return "不存在该用户";
}
return newUserInfo;
}
@DeleteMapping("/userInfo/{id}")
public Object deleteUserInfo(@PathVariable Integer id) {
userInfoService.deleteById(id);
return "SUCCESS";
}
}
6、创建启动类开启缓存
在启动类中加上 @EnableCaching 注解开启缓存。
@EnableCaching
@SpringBootApplication
public class Application2 {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(Application2.class, args);
}
}
结语
通过本文的介绍，我们了解了如何在Spring Boot应用中集成Caffeine本地缓存技术。Caffeine的高性能和易用性使其成为Java本地缓存的优秀选择。希望本文能帮助你在实际项目中有效地使用Caffeine缓存，提升应用性能。