需求分析

專案中經常會遇到這種場景：一份資料需要在多處共享，有些資料還有時效性，過期自動失效。比如手機驗證碼，傳送之後需要快取起來，然後處於安全性考慮，一般還要設定有效期，到期自動失效。我們怎麼實現這樣的功能呢？

解決方案

使用現有的快取技術框架，比如redis,ehcache。優點：成熟，穩定，功能強大；缺點，專案需要引入對應的框架，不夠輕量。

如果不考慮分散式，只是在單執行緒或者多執行緒間作資料快取，其實完全可以自己手寫一個快取工具。下面就來簡單實現一個這樣的工具。

先上程式碼：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.*;

/**
 * @Author: lixk
 * @Date: 2018/5/9 15:03
 * @Description: 簡單的記憶體快取工具類
 */
public class Cache {
    //鍵值對集合
    private final static Map<String, Entity> map = new HashMap<>();
    //定時器執行緒池，用於清除過期快取
    private final static ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

    /**
     * 新增快取
     *
     * @param key  鍵
     * @param data 值
     */
    public synchronized static void put(String key, Object data) {
        Cache.put(key, data, 0);
    }

    /**
     * 新增快取
     *
     * @param key    鍵
     * @param data   值
     * @param expire 過期時間，單位：毫秒， 0表示無限長
     */
    public synchronized static void put(String key, Object data, long expire) {
        //清除原鍵值對
        Cache.remove(key);
        //設定過期時間
        if (expire > 0) {
            Future future = executor.schedule(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //過期後清除該鍵值對
                    synchronized (Cache.class) {
                        map.remove(key);
                    }
                }
            }, expire, TimeUnit.MILLISECONDS);
            map.put(key, new Entity(data, future));
        } else {
            //不設定過期時間
            map.put(key, new Entity(data, null));
        }
    }

    /**
     * 讀取快取
     *
     * @param key 鍵
     * @return
     */
    public synchronized static Object get(String key) {
        Entity entity = map.get(key);
        return entity == null ? null : entity.getValue();
    }

    /**
     * 讀取快取
     *
     * @param key 鍵
     *            * @param clazz 值型別
     * @return
     */
    public synchronized static <T> T get(String key, Class<T> clazz) {
        return clazz.cast(Cache.get(key));
    }

    /**
     * 清除快取
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public synchronized static Object remove(String key) {
        //清除原快取資料
        Entity entity = map.remove(key);
        if (entity == null) return null;
        //清除原鍵值對定時器
        Future future = entity.getFuture();
        if (future != null) future.cancel(true);
        return entity.getValue();
    }

    /**
     * 查詢當前快取的鍵值對數量
     *
     * @return
     */
    public synchronized static int size() {
        return map.size();
    }

    /**
     * 快取實體類
     */
    private static class Entity {
        //鍵值對的value
        private Object value;
        //定時器Future 
        private Future future;

        public Entity(Object value, Future future) {
            this.value = value;
            this.future = future;
        }

        /**
         * 獲取值
         *
         * @return
         */
        public Object getValue() {
            return value;
        }

        /**
         * 獲取Future物件
         *
         * @return
         */
        public Future getFuture() {
            return future;
        }
    }
}
 

本工具類主要採用 HashMap+定時器執行緒池 實現，map 用於儲存鍵值對資料，map的value是 Cache 的內部類物件 Entity，Entity 包含 value 和該鍵值對的生命週期定時器 Future。Cache 類對外只提供了 put(key, value), put(key, value, expire), get(key), get(key, class), remove(key), size()幾個同步方法。

當新增鍵值對資料的時候，首先會呼叫remove()方法，清除掉原來相同 key 的資料，並取消對應的定時清除任務，然後新增新資料到 map 中，並且，如果設定了有效時間，則新增對應的定時清除任務到定時器執行緒池。

測試

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

/**
 * @Author: lixk
 * @Date: 2018/5/9 16:40
 * @Description: 快取工具類測試
 */
public class CacheTest {

    /**
     * 測試
     *
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        String key = "id";
        //不設定過期時間
        System.out.println("***********不設定過期時間**********");
        Cache.put(key, 123);
        System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));
        System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.remove(key));
        System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));

        //設定過期時間
        System.out.println("\n***********設定過期時間**********");
        Cache.put(key, "123456", 1000);
        System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));

        /******************併發效能測試************/
        System.out.println("\n***********併發效能測試************");
        //建立有10個執行緒的執行緒池，將1000000次操作分10次新增到執行緒池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        Future[] futures = new Future[10];
        /********新增********/
        {
            long start = System.currentTimeMillis();
            for (int j = 0; j < 10; j++) {
                futures[j] = executorService.submit(() -> {
                    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                        Cache.put(Thread.currentThread().getId() + key + i, i, 300000);
                    }
                });
            }
            //等待全部執行緒執行完成，列印執行時間
            for (Future future : futures) {
                future.get();
            }
            System.out.printf("新增耗時：%dms\n", System.currentTimeMillis() - start);
        }

        /********查詢********/
        {
            long start = System.currentTimeMillis();
            for (int j = 0; j < 10; j++) {
                futures[j] = executorService.submit(() -> {
                    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                        Cache.get(Thread.currentThread().getId() + key + i);
                    }
                });
            }
            //等待全部執行緒執行完成，列印執行時間
            for (Future future : futures) {
                future.get();
            }
            System.out.printf("查詢耗時：%dms\n", System.currentTimeMillis() - start);
        }

        System.out.println("當前快取容量：" + Cache.size());
    }
}
 

測試結果：

***********不設定過期時間**********
key:id, value:123
key:id, value:123
key:id, value:null

***********設定過期時間**********
key:id, value:123456
key:id, value:null

***********併發效能測試************
新增耗時：2313ms
查詢耗時：335ms
當前快取容量：1000000

測試程式使用有10個執行緒的執行緒池來模擬併發，總共執行一百萬次新增和查詢操作，時間大約都在兩秒多，`表現還不錯，每秒40萬讀寫併發應該還是可以滿足大多數高併發場景的^_^

寫在最後

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