Java内存缓存神器：Caffeine（咖啡因）

2023-12-04 10:36
文章标签 java 内存 缓存 神器 caffeine 咖啡因

本文主要是介绍Java内存缓存神器：Caffeine（咖啡因），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 一、Caffeine简介
  • 二、缓存加载
    • 1、手动加载
    • 2、自动加载
    • 3、手动异步加载（需要额外的包）
    • 4、自动异步加载
  • 三、缓存清理
    • 1、基于容量
    • 2、基于时间
    • 3、基于引用
  • 四、缓存移出
    • 1、手动移出
    • 2、移出监听器
  • 五、刷新缓存

一、Caffeine简介

官网：https://github.com/ben-manes/caffeine/wiki/Home-zh-CN

Caffeine是一个基于Java8开发的提供了近乎最佳命中率的高性能的缓存库。

缓存和ConcurrentMap有点相似，但还是有所区别。最根本的区别是ConcurrentMap将会持有所有加入到缓存当中的元素，直到它们被从缓存当中手动移除。但是，Caffeine的缓存Cache 通常会被配置成自动驱逐缓存中元素，以限制其内存占用。在某些场景下，LoadingCache和AsyncLoadingCache 因为其自动加载缓存的能力将会变得非常实用。

Caffeine提供了灵活的构造器去创建一个拥有下列特性的缓存：
自动加载元素到缓存当中，异步加载的方式也可供选择
当达到最大容量的时候可以使用基于就近度和频率的算法进行基于容量的驱逐
将根据缓存中的元素上一次访问或者被修改的时间进行基于过期时间的驱逐
当向缓存中一个已经过时的元素进行访问的时候将会进行异步刷新
key将自动被弱引用所封装
value将自动被弱引用或者软引用所封装
驱逐(或移除)缓存中的元素时将会进行通知
写入传播到一个外部数据源当中
持续计算缓存的访问统计指标

为了提高集成度，扩展模块提供了JSR-107 JCache和Guava适配器。JSR-107规范了基于Java 6的API，在牺牲了功能和性能的代价下使代码更加规范。Guava的Cache是Caffeine的原型库并且Caffeine提供了适配器以供简单的迁移策略。

要使用Caffeine，首先要引入maven坐标：

<dependency><groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId><artifactId>caffeine</artifactId><version>2.6.2</version>
</dependency>

二、缓存加载

1、手动加载

Cache 接口提供了显式搜索查找、更新和移除缓存元素的能力。

推荐使用 cache.get(key, k -> value) 操作来在缓存中不存在该key对应的缓存元素的时候进行计算生成并直接写入至缓存内，而当该key对应的缓存元素存在的时候将会直接返回存在的缓存值。

一次 cache.put(key, value) 操作将会直接写入或者更新缓存里的缓存元素，在缓存中已经存在的该key对应缓存值都会直接被覆盖。

// 定义一个缓存， 过期时间10分钟，最大缓存数1w
Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder().expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES).maximumSize(10_000).build();// 查找一个缓存元素， 没有查找到的时候返回null
String value = cache.getIfPresent("key");
System.out.println(value); // null// 查找缓存，如果缓存不存在则生成缓存元素 并且塞入缓存,  如果无法生成则返回null
value = cache.get("key", k -> "new value");
System.out.println(value); // new value
System.out.println(cache.getIfPresent("key")); // new value// 添加或者更新一个缓存元素
cache.put("key", "new value2");
System.out.println(cache.getIfPresent("key")); // new value2// 移除一个缓存元素
cache.invalidate("key");
System.out.println(cache.getIfPresent("key")); // null

2、自动加载

一个LoadingCache是一个Cache 附加上 CacheLoader能力之后的缓存实现。

在build中，传入一个方法，该方法的参数就是key。如果调用get方法，key不存在时，会调用该方法生成该key的数据。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {LoadingCache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder().maximumSize(10_000).expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES).build(key -> createData(key));// 查找缓存，如果缓存不存在则生成缓存元素,  如果无法生成则返回nullString value = cache.get("key");System.out.println(value);// 批量查找缓存，如果缓存不存在则生成缓存元素Map<String, String> values = cache.getAll(Stream.of("key1", "key2").collect(Collectors.toList()));System.out.println(values);}private static String createData(String key) {System.out.println("createData + " + key);return key + "value";
}

3、手动异步加载（需要额外的包）

一个AsyncCache 是 Cache 的一个变体，AsyncCache提供了在 Executor上生成缓存元素并返回 CompletableFuture的能力。这给出了在当前流行的响应式编程模型中利用缓存的能力。

synchronous()方法给 Cache提供了阻塞直到异步缓存生成完毕的能力。

当然，也可以使用 AsyncCache.asMap()所暴露出来的ConcurrentMap的方法对缓存进行操作。

默认的线程池实现是 ForkJoinPool.commonPool() ，当然你也可以通过覆盖并实现 Caffeine.executor(Executor)方法来自定义你的线程池选择。

AsyncCache<Key, Graph> cache = Caffeine.newBuilder().expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES).maximumSize(10_000).buildAsync();// 查找一个缓存元素， 没有查找到的时候返回null
CompletableFuture<Graph> graph = cache.getIfPresent(key);
// 查找缓存元素，如果不存在，则异步生成
graph = cache.get(key, k -> createExpensiveGraph(key));
// 添加或者更新一个缓存元素
cache.put(key, graph);
// 移除一个缓存元素
cache.synchronous().invalidate(key);

4、自动异步加载

一个 AsyncLoadingCache是一个 AsyncCache 加上 AsyncCacheLoader能力的实现。

在需要同步的方式去生成缓存元素的时候，CacheLoader是合适的选择。而在异步生成缓存的场景下， AsyncCacheLoader则是更合适的选择并且它会返回一个 CompletableFuture。

AsyncLoadingCache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder().maximumSize(10_000).expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES)// 你可以选择: 去异步的封装一段同步操作来生成缓存元素.buildAsync(key -> createData(key));// 你也可以选择: 构建一个异步缓存元素操作并返回一个future//.buildAsync((key, executor) -> createExpensiveGraphAsync(key, executor));// 查找缓存元素，如果其不存在，将会异步进行生成
CompletableFuture<String> value = cache.get("key");
// 批量查找缓存元素，如果其不存在，将会异步进行生成
CompletableFuture<Map<String, String>> graphs = cache.getAll(keys);

三、缓存清理

1、基于容量

LoadingCache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder().maximumSize(10) // 基于容量，超过10个会基于最近最常使用算法 进行缓存清理.build(key -> createData(key));

2、基于时间

// 基于固定的过期时间驱逐策略
LoadingCache<Key, Graph> graphs = Caffeine.newBuilder().expireAfterAccess(5, TimeUnit.MINUTES).build(key -> createExpensiveGraph(key));
LoadingCache<Key, Graph> graphs = Caffeine.newBuilder().expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES).build(key -> createExpensiveGraph(key));// 基于不同的过期驱逐策略
LoadingCache<Key, Graph> graphs = Caffeine.newBuilder().expireAfter(new Expiry<Key, Graph>() {public long expireAfterCreate(Key key, Graph graph, long currentTime) {// Use wall clock time, rather than nanotime, if from an external resourcelong seconds = graph.creationDate().plusHours(5).minus(System.currentTimeMillis(), MILLIS).toEpochSecond();return TimeUnit.SECONDS.toNanos(seconds);}public long expireAfterUpdate(Key key, Graph graph, long currentTime, long currentDuration) {return currentDuration;}public long expireAfterRead(Key key, Graph graph,long currentTime, long currentDuration) {return currentDuration;}}).build(key -> createExpensiveGraph(key));

Caffeine提供了三种方法进行基于时间的驱逐:

  • expireAfterAccess(long, TimeUnit): 一个元素在上一次读写操作后一段时间之后，在指定的时间后没有被再次访问将会被认定为过期项。在当被缓存的元素时被绑定在一个session上时，当session因为不活跃而使元素过期的情况下，这是理想的选择。
  • expireAfterWrite(long, TimeUnit): 一个元素将会在其创建或者最近一次被更新之后的一段时间后被认定为过期项。在对被缓存的元素的时效性存在要求的场景下，这是理想的选择。
  • expireAfter(Expiry): 一个元素将会在指定的时间后被认定为过期项。当被缓存的元素过期时间收到外部资源影响的时候，这是理想的选择。

3、基于引用

// 当key和缓存元素都不再存在其他强引用的时候驱逐
LoadingCache<Key, Graph> graphs = Caffeine.newBuilder().weakKeys().weakValues().build(key -> createExpensiveGraph(key));// 当进行GC的时候进行驱逐
LoadingCache<Key, Graph> graphs = Caffeine.newBuilder().softValues().build(key -> createExpensiveGraph(key));

Caffeine 允许你配置你的缓存去让GC去帮助清理缓存当中的元素，其中key支持弱引用，而value则支持弱引用和软引用。记住 AsyncCache不支持软引用和弱引用。

Caffeine.weakKeys() 在保存key的时候将会进行弱引用。这允许在GC的过程中，当key没有被任何强引用指向的时候去将缓存元素回收。由于GC只依赖于引用相等性。这导致在这个情况下，缓存将会通过引用相等(==)而不是对象相等 equals()去进行key之间的比较。

Caffeine.weakValues()在保存value的时候将会使用弱引用。这允许在GC的过程中，当value没有被任何强引用指向的时候去将缓存元素回收。由于GC只依赖于引用相等性。这导致在这个情况下，缓存将会通过引用相等(==)而不是对象相等 equals()去进行value之间的比较。

Caffeine.softValues()在保存value的时候将会使用软引用。为了相应内存的需要，在GC过程中被软引用的对象将会被通过LRU算法回收。由于使用软引用可能会影响整体性能，我们还是建议通过使用基于缓存容量的驱逐策略代替软引用的使用。同样的，使用 softValues() 将会通过引用相等(==)而不是对象相等 equals()去进行value之间的比较。

四、缓存移出

1、手动移出

// 失效key
cache.invalidate(key)
// 批量失效key
cache.invalidateAll(keys)
// 失效所有的key
cache.invalidateAll()

2、移出监听器

可以为你的缓存通过Caffeine.removalListener(RemovalListener)方法定义一个移除监听器在一个元素被移除的时候进行相应的操作。这些操作是使用 Executor 异步执行的，其中默认的 Executor 实现是 ForkJoinPool.commonPool() 并且可以通过覆盖Caffeine.executor(Executor)方法自定义线程池的实现。

当移除之后的自定义操作必须要同步执行的时候，你需要使用 Caffeine.evictionListener(RemovalListener) 。这个监听器将在 RemovalCause.wasEvicted() 为 true 的时候被触发。为了移除操作能够明确生效， Cache.asMap() 提供了方法来执行原子操作。

Cache<Key, Graph> graphs = Caffeine.newBuilder().evictionListener((Key key, Graph graph, RemovalCause cause) ->System.out.printf("Key %s was evicted (%s)%n", key, cause)).removalListener((Key key, Graph graph, RemovalCause cause) ->System.out.printf("Key %s was removed (%s)%n", key, cause)).build();

五、刷新缓存

异步刷新缓存，重新加载。

LoadingCache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder().maximumSize(10) .expireAfterWrite(10, TimeUnit.SECONDS).build(key -> createData(key));// 刷新
cache.refresh("key");

这篇关于Java内存缓存神器：Caffeine（咖啡因）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/453153。

相关文章

JVM 的类初始化机制

JVM 的类初始化机制

前言 当你在 Java 程序中new对象时，有没有考虑过 JVM 是如何把静态的字节码（byte code）转化为运行时对象的呢，这个问题看似简单，但清楚的同学相信也不会太多，这篇文章首先介绍 JVM 类初始化的机制，然后给出几个易出错的实例来分析，帮助大家更好理解这个知识点。 JVM 将字节码转化为运行时对象分为三个阶段，分别是：loading 、Linking、initialization
阅读更多...
Spring Security 基于表达式的权限控制

Spring Security 基于表达式的权限控制

前言 spring security 3.0已经可以使用spring el表达式来控制授权，允许在表达式中使用复杂的布尔逻辑来控制访问的权限。 常见的表达式 Spring Security可用表达式对象的基类是SecurityExpressionRoot。 表达式描述hasRole([role])用户拥有制定的角色时返回true （Spring security默认会带有ROLE_前缀）,去
阅读更多...
浅析Spring Security认证过程

浅析Spring Security认证过程

类图 为了方便理解Spring Security认证流程，特意画了如下的类图，包含相关的核心认证类 概述 核心验证器 AuthenticationManager 该对象提供了认证方法的入口，接收一个Authentiaton对象作为参数; public interface AuthenticationManager {Authentication authenticate(Authenti
阅读更多...
Spring Security--Architecture Overview

Spring Security--Architecture Overview

1 核心组件 这一节主要介绍一些在Spring Security中常见且核心的Java类，它们之间的依赖，构建起了整个框架。想要理解整个架构，最起码得对这些类眼熟。 1.1 SecurityContextHolder SecurityContextHolder用于存储安全上下文（security context）的信息。当前操作的用户是谁，该用户是否已经被认证，他拥有哪些角色权限…这些都被保
阅读更多...
Spring Security基于数据库验证流程详解

Spring Security基于数据库验证流程详解

Spring Security 校验流程图 相关解释说明（认真看哦） AbstractAuthenticationProcessingFilter 抽象类 /*** 调用 #requiresAuthentication(HttpServletRequest, HttpServletResponse) 决定是否需要进行验证操作。* 如果需要验证，则会调用 #attemptAuthentica
阅读更多...
Spring Security 从入门到进阶系列教程

Spring Security 从入门到进阶系列教程

Spring Security 入门系列 《保护 Web 应用的安全》 《Spring-Security-入门（一）：登录与退出》 《Spring-Security-入门（二）：基于数据库验证》 《Spring-Security-入门（三）：密码加密》 《Spring-Security-入门（四）：自定义-Filter》 《Spring-Security-入门（五）：在 Sprin
阅读更多...
Java架构师知识体认识

Java架构师知识体认识

源码分析 常用设计模式 Proxy代理模式Factory工厂模式Singleton单例模式Delegate委派模式Strategy策略模式Prototype原型模式Template模板模式 Spring5 beans 接口实例化代理Bean操作 Context Ioc容器设计原理及高级特性Aop设计原理Factorybean与Beanfactory Transaction 声明式事物
阅读更多...
NameNode内存生产配置

NameNode内存生产配置

Hadoop2.x 系列，配置 NameNode 内存 NameNode 内存默认 2000m ，如果服务器内存 4G ， NameNode 内存可以配置 3g 。在 hadoop-env.sh 文件中配置如下。 HADOOP_NAMENODE_OPTS=-Xmx3072m Hadoop3.x 系列，配置 Nam
阅读更多...
Java进阶13讲__第12讲_1/2

Java进阶13讲__第12讲_1/2

多线程、线程池 1.  线程概念 1.1  什么是线程 1.2  线程的好处 2.   创建线程的三种方式 注意事项 2.1  继承Thread类 2.1.1 认识  2.1.2  编码实现  package cn.hdc.oop10.Thread;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory
阅读更多...
JAVA智听未来一站式有声阅读平台听书系统小程序源码

JAVA智听未来一站式有声阅读平台听书系统小程序源码

智听未来，一站式有声阅读平台听书系统 🌟&nbsp;开篇：遇见未来，从“智听”开始 在这个快节奏的时代，你是否渴望在忙碌的间隙，找到一片属于自己的宁静角落？是否梦想着能随时随地，沉浸在知识的海洋，或是故事的奇幻世界里？今天，就让我带你一起探索“智听未来”——这一站式有声阅读平台听书系统，它正悄悄改变着我们的阅读方式，让未来触手可及！ 📚&nbsp;第一站：海量资源，应有尽有 走进“智听
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2