Java Cache详解及简单实现

 Java Cache详解及简单实现

概要：

最近在做spring的项目，想做一个缓存，访问数据库，定期来做数据更新

要实现两个功能

1. 可以通过http请求来立刻刷新缓存
   
2. 缓存可以通过自己配置的时间间隔来定期刷新

通过Controller来做

因为需要通过http来刷新缓存，所以第一个想法就是把缓存做成一个Controller

Controller的实现

Controller最大的优势，就是可以通过Spring的配置，注入很多依赖，比如对Service的依赖，对数据库的依赖等。

大量的访问数据库跟服务层的代码，都可以进行复用

定义一个Cache接口如下：

public interface Cache {
  /**
  * Refresh the cache. If succeed, return true, else return false;
  * 
  * @return
  */
  boolean refresh();

  /**
  * How much time it will refresh the cache.
  * 
  * @return
  */
  long interval();
}

但是这里碰到了问题，自己写的Controller可以通过注入的方式轻而易举的与Http服务跟Service层，数据库层连接，但是如果CacheController实现Cache接口，会发现很难调用interval函数来找到间隔的时间。

因为CacheController也是一个Bean，需要通过Spring找到这个bean来调用。无法找到Bean，就不能调用Interval，也就不能够顺势通过另外的线程来控制缓存刷新。为了获取这个Bean可以将所有的CacheController都Autowired到一个CacheManagerController之中

@Controller
public class CacheManagerController {

  @Autowired
  private CacheController cache;

  private static ScheduledExecutorService executor = Executors
     .newScheduledThreadPool(1);

  public CacheManagerController() {
   executor.scheduleAtFixedRate(() -> cache.refresh(), 0, cache.interval(),
      TimeUnit.MILLISECONDS);
  }
}

曾经考虑这么做，但是发现一个问题，这样做，CacheManagerController在初始化的时候，也就是构造Bean的时候，各种的Cache还没有被注入CacheController，而如果不将方法放入构造函数，那么CacheManagerController是无法自动的调用调度服务的。需要手动调用才行。但是程序的入口不一定从哪一个Controller进入，如果写拦截器，也是很繁琐，而且每次调用都会执行。

这个时候，就通过一个CacheService来实现这个问题

public class CacheService {
  public static final long ONE_MINUTE = 60 * 1000;

  private static ScheduledExecutorService executor = Executors
     .newScheduledThreadPool(1);

  public static void register(Cache cache) {
   executor.scheduleAtFixedRate(() -> cache.refresh(), 0, cache.interval(),
      TimeUnit.MILLISECONDS);
  }
}

@Controller
public class CacheController implements Cache {

  // autowire 各种不同的service，或者是repo连接数据库
  @Autowired
  private Service service;

  public CacheController() {
   CacheService.register(this);
  }

  // cache interface
  @Override
  public long interval() {
   return 1000;
  }

  @Override
  public boolean refresh() {
   return true;
  }
}

因为具体的CacheController是通过反射构造成Bean由Spring管理的，所以可以直接通过无参构造函数来注册一下，这样就没有问题了，当Spring在加载CacheController的时候，就会直接调用CacheService的注册方法，将缓存注册到CacheService中定义的线程池当中，然后立刻执行刷新方法，同时还会根据时间间隔来自动的刷新。

至于获取指定的Cache，更简单了，因为Cache本身是一个Controller，所以可以通过Autowire自动注册到需要使用的其他Controller之中。

当然了，目前这么写是没有什么问题，但是当refresh为立刻调用的时候，会无法拿到Autowired注入的那些Service。因为Spring是统一全部实例化，然后再进行装载的，所以，如果refresh函数中调用了service，那么显然，程序肯定会报空指针异常的。这也是使用Controller来做Cache的问题。如果要获得全部的Spring装载的实例，那么肯定就都要修改构造函数来将实例注入到统一的集合当中了，那样就跟前文提到的问题一样了，也就是获取Bean。如果能够获取Bean，那直接就能调用实例方法，也就没有这么多事情了。

总结

使用Controller的特点如下：

• 代码复用，定义的repo层，service层代码都可以继续使用，不用重写
  
• 因为Spring声明周期的问题，refresh操作立刻执行会抛异常，需要延时刷新

通过Listener来做

Listener有一个优势，就是可以通过一个写一个PreloadListener 实现ServletContextListener，这样就能够利用Tomcat加载web.xml的时候，将代码提前进行初始化了。

Listener的实现

public class PreloadListener implements ServletContextListener {
  @Override
  public void contextInitialized(ServletContextEvent servletContextEvent) {
   CacheFactory.init();
  }

  @Override
  public void contextDestroyed(ServletContextEvent servletContextEvent) {

  }
}

下面是web.xml的代码

// web.xml
  <listener>
    <listener-class>com.sapphire.listener.PreloadListener</listener-class>
  </listener>

当然了，有优势肯定会存在劣势，因为使用Listener的方式来提前加载，也会因为Web的声明周期，产生问题。

Tomcat在加载Web.xml的时候，Listener的初始化，会在Spring容器启动之前，这样也就碰到一个问题。PreloadListener中可以调用的代码，肯定是无法Autowire到任何的Bean的。这也就是对比Controller碰到的一个巨大的劣势了，需要自己重写那些Service。

除此以外， 还需要单独写一个Controller来刷新指定的缓存。

public class CacheFactory {
  private static ConcurrentHashMap<String, Cache> caches = new ConcurrentHashMap<>();
  private static ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);

  private static void register(Cache cache) {
   caches.put(cache.category(), cache);
  }

  private static void registerAll() {
   register(new StockCache());
  }

  public static void init() {
   registerAll();

   for (Cache cache : caches.values()) {
     executorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        cache.refresh();
      }
     }, 0, cache.interval(), TimeUnit.MILLISECONDS);
   }
  }

  public static Cache getCache(String key) {
   if (caches.contains(key)) {
     return caches.get(key);
   }
   return null;
  }
}

// cache接口除了需要提供interval和refresh以外，还需要提供一个category来区分不同的Cache
public interface Cache {
  /**
  * Refresh the cache. If succeed, return true, else return false;
  * 
  * @return
  */
  boolean refresh();

  /**
  * How much time it will refresh the cache.
  * 
  * @return
  */
  long interval();

  /**
  * Cache's category. Each cache has distinct category.
  * 
  * @return
  */
  String category();
}

这样完成的CacheFactory，可以在PreloadListener之中调用init方法来初始化所有的Cache，来完成Cache的启动。可以看出，所有的CacheFactory之中的方法都是静态方法，可以直接由Controller层随便调用。

之后，不同的Cache就需要单独来写init方法，放到各自实现的refresh方法之中。跟数据库的链接等，都需要建立。不同的Cache都需要重写各自的初始化方法，还需要写一个读取文件配置的东西读取数据库的一些配置信息。总之，感觉很麻烦。

总结

通过Listener来实现，更加灵活，可以在容器启动之前就将需要的信息加载到内存之中，但是很多业务代码都需要重新来写，数据库的链接，解析Property，灵活刷新的CacheController。

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