设计缓存框架需要关注的要素

最近关注了一些缓存框架的特性和实现，包括OSCache、JCS、Ehcache、Memcached等等，公司的两个缓存框架，以及一个标准JSR 107（JCache），发现一些诸多类同的方面。如果你不够熟悉以上，不妨先看看这两篇文章：《OSCache框架源码解析》和《Ehcache详细解读》，再看下面的内容也许会有更多想法。之后再思考，如果要自己去实现一套缓存框架，需要考虑哪些东西？

1、为哪些数据做缓存？

1. 模型对象，这在业务逻辑层面最常见。
2. 数据库查询结果集。
3. 页面缓存、页面片段缓存。
4. 运算结果集，尤其对于幂等性服务。
5. 外部接口查询结果。

 

2、缓存框架的核心：

 

缓存生命周期管理，很多重要特性都是围绕它来展开的。

举例：

 

3、重要特性，这些特性不一定全部要具备，但是多数都要包含：

 

• 一致性选择。缓存框架的设计必须首先考虑这一点。通常我们见到的缓存框架都是最终一致性的，允许获取数据有一定的延迟窗口。一致性关系到缓存的生命周期，是缓存的核心理念之一。

   

• 分级存储。也和缓存生命周期密切相关。至少应包括内存和磁盘两级存储，有些缓存框架包含组网内部节点的分级等等，允许用户管理缓存数据在不同级别存储中的跃迁。分级存储还包括对存储数据的管理，以提高数据获取的效率；包括跃迁策略的定制，比如在某一级满足怎样的超时策略可以发生向下跃迁。
• 规约配置，默认配置。可以支持XML、properties、DSL编程等等多种配置方式，但是最重要的是，要提供一个默认配置，允许用户在简单配置或者零配置的情况下使用缓存。
• 集群、分布式，这意味着一定的伸缩性。包括内部通信协议选择，比如节点之间使用JMS、RMI或RESTful方式通信等等；包括节点热部署和节点发现能力，这通常都使用组播消息来实现；包括集群的方式，是Server-Client群、消息总线方式还是节点对等，等等。
• 定制扩展性。尤其是淘汰算法、事件监听、持久化策略等等，都要允许用户方便地自定义。

 

4、相对较次要的特性：

 

• 统计能力。包括各级缓存命中情况统计，生命周期长度统计。
• 批量接口、异步接口。包括缓存分组能力。
• 缓存数据存储校验。
• Web支持。特指Web容器中，对于页面存储的额外支持。
• 免锁数据处理。
• 缓存状态监控。
• 无侵入式拦截，注解编程支持。
• 运行时参数调整。

……

 

5、核心模型应该包括哪些？

 

• CacheManager：模型管理对象，可以是多实例的，也可以是单实例的。
• Cache：通过CacheManager创建出来的缓存容器，内部包含了真正的缓存承载体，至少开放add/remove/flush等接口。
• CacheMap：真正的缓存承载体，大致上都是一个Map，各种类型的Map。
• CacheEntity：缓存条目，相当于CacheMap里面的每一条Entry。
• CacheEvent：缓存事件，比如CacheEntity的创建、更新、删除等等。
• CacheEventListener：缓存事件相应的监听器。
• CacheEvictionAlgorithm：缓存淘汰算法，常见的有LRU、LFU、FIFO等等。

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2012-6-10：

 

任何一个缓存框架，它要解决什么样的问题？

数据的访问、存取、计算太慢、太不稳定、太消耗资源，同时，这样的操作存在重复性。因此希望有这样一种中间媒介，放置在其间，只保存自己关心的数据，而不关心具体数据逻辑内容，对于重复性的操作给出响应。对于数据和服务的使用者，它是透明的。

 

从请求和数据流向的角度看，一个完整的缓存框架应该包括这样几个部分：

 

• 操作捕获
• 缓存数据存储
• 缓存数据读取
• 缓存数据流动

因此缓存框架的功能都是围绕数据展开的，它的核心就是缓存数据的整个生命周期。

但是其中每一项都可以拆分和解耦成许多部分，以缓存数据存储为例，可以拆分成：

 

• key生成
• value封装、元数据封装
• 索引生成
• 文件结构生成
• 序列化、反序列化
• 淘汰算法
• 过期检查
• 存储数据预处理
• 持久化媒介

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