JSR-107-JCache介绍

2021-08-13 1338

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简介： JCache是JSR-107规范中定义了Java对象临时缓存在内存中的API和语义，包括对象的创建(object creation)、共享访问(shared access)、失效(invalidation)和跨JVM的一致性(consitency across jvm's)。简单说就是：JCache是Java提供的标准缓存API。

JCache简介

JCache是JSR-107规范中定义了Java对象临时缓存在内存中的API和语义，包括对象的创建(object creation)、共享访问(shared access)、失效(invalidation)和跨JVM的一致性(consitency across jvm's)。

简单说就是：JCache是Java提供的标准缓存API。

JSR(Java Sepecification Requests)，即Java规范提案。

下面是JSR-107规范中定义对于Java cache的定义。

JSR-107

核心概念

在JCache中定义了五个核心接口：CachingProvider、CacheManager、Cache、Entry和ExpiryPolicy。

CachingProvider用于创建、配置、获取、管理和控制零个或多个CacheManager。应用程序在运行时可以访问或使用零个或多个CachingProvider。
CacheManager用于创建、配置、获取、管理和控制零个或多个唯一命名的Cache，这些Cache存在于CacheManager的上下文中。一个CacheManager只能归属一个CachingProvider。
Cache是类似Map的数据结构，用于临时存储基于key的value。一个Cache只能归属一个CacheManager。
Entry是存储在Cache中的键值对。
ExpiryPolicy定义了每个Entry在Cache中有效时间(TTL)，有效期内Entry能够被访问、修改和删除，有效期后该Entry不能在被访问、修改和删除。

对应关系如下：

值存储和引用存储

JSR-107中定义了两种Cache存储Entry的方法，即按值存储(Store-By-Value)和按引用存储(Store-By-Reference)。

按值存储是默认机制，也就是在存储kv对时，先对key和value进行拷贝，然后将拷贝的副本存储到Cache中。当访问Cache时，返回的是数据的副本。
按引用存储是另外一种可选的机制，存储kv对时，Cache中存储的是Key和Value的引用。当应用程序修改kv对时，应用程序无需再次修改Cache中的数据。

一致性

一致性是指当并发访问缓存时，需要保证修改的可见性在并发线程/进程间是一致的。为了保证一致性，所有的实现框架都应该支持以下默认一致性模型。

默认一致性模型

在执行大部分Cache操作时，就好像为Cache中的每个Key加了锁，当某个操作获取该key的排它性读写锁时，后面对该key的所有操作都会被阻塞，直到这个锁释放。注意，这里的操作可以是单个JVM进程内的，也可以是跨JVM的操作。

对于某些具有返回值的Cache操作，返回的缓存值需要是最新值。但是这个最新值，可以根据缓存的具体实现定义，比如当并发修改时，这个返回值可以是修改前的值，也可以是修改后的值。

Cache和Map的差异

Cache和Map两者之间有一些共性点，但是二者不是同一个东西。下面是二者之间的相同点与不同点：

相同点：

都是通过Key进行存储和访问。
每个Key都与一个Value对应。
当使用可变对象作为Key时，修改Key值可能引发查询对比的未知。
使用自定义类作为Key时，都需要显示实现Object.hashCode()方法。

不同点：

Cache的Key和value不许为null，如果设置了null，则会抛出NullPointerException。
Cache中的Entry可能会过期(Expire)。
Cache中的Entry可能被驱逐(Evicted)。
为了支持原子比较和交换(compare-and-swap, CAP)，Cache中的自定义应提供Object.equals()方法的实现。
Cache中的Key和Value是需要可被序列化的。
Cache可以设置使用值存储或引用存储来存储Entry实例。
Cache是可以选择强制的安全性限制，如果违规操作，可以抛出SecurityException异常。

JCache demo

引入依赖：

<dependency><groupId>javax.cache</groupId><artifactId>cache-api</artifactId><version>1.1.1</version></dependency>

下面是JCache的使用demo。

CachingProviderprovider=Caching.getCachingProvider();
CacheManagercacheManager=provider.getCacheManager();
MutableConfiguration<String, Integer>config=newMutableConfiguration<>();
config.setTypes(String.class, Integer.class);
config.setExpiryPolicyFactory(AccessedExpiryPolicy.factoryOf(Duration.ONE_HOUR));
Cache<String, Integer>cache=cacheManager.createCache("testCache", config);
cache.put("test1", 1);
cache.put("test2", 2);
System.out.println(cache.get("test1"));
System.out.println(cache.get("test2"));
cache.remove("test1");
System.out.println(cache.get("test2"));

需要注意的是我们没有提供实现框架，所以运行过程中会抛出以下异常，原因是JVM找不到getCacheManager()方法的任何实现。

Exceptioninthread"main"javax.cache.CacheException: NoCachingProvidershavebeenconfigured

源码分析

下面是JCache的源码，比较精简。

CachingProvider

CachingProvider是一个接口，我们可以用于创建和管理CacheManager的生命周期。

publicinterfaceCachingProviderextendsCloseable {
CacheManagergetCacheManager(URIuri, ClassLoaderclassLoader,
Propertiesproperties);
ClassLoadergetDefaultClassLoader();
URIgetDefaultURI();
PropertiesgetDefaultProperties();
CacheManagergetCacheManager(URIuri, ClassLoaderclassLoader);
CacheManagergetCacheManager();
voidclose();
voidclose(ClassLoaderclassLoader);
voidclose(URIuri, ClassLoaderclassLoader);
booleanisSupported(OptionalFeatureoptionalFeature);
}

CacheManager

CacheManager是JCache API最重要的接口之一，他提供了创建、配置和销毁Cache的方法。

publicinterfaceCacheManagerextendsCloseable {
CachingProvidergetCachingProvider();
URIgetURI();
ClassLoadergetClassLoader();
PropertiesgetProperties();
<K, V, CextendsConfiguration<K, V>>Cache<K, V>createCache(StringcacheName,
Cconfiguration)
throwsIllegalArgumentException;
<K, V>Cache<K, V>getCache(StringcacheName, Class<K>keyType,
Class<V>valueType);
<K, V>Cache<K, V>getCache(StringcacheName);
Iterable<String>getCacheNames();
voiddestroyCache(StringcacheName);
voidenableManagement(StringcacheName, booleanenabled);
voidenableStatistics(StringcacheName, booleanenabled);
voidclose();
booleanisClosed();
<T>Tunwrap(java.lang.Class<T>clazz);
}

Cache & Entry

Entry是Cache的内部接口：

publicinterfaceCache<K, V>extendsIterable<Cache.Entry<K, V>>, Closeable {
Vget(Kvar1);
Map<K, V>getAll(Set<?extendsK>var1);
booleancontainsKey(Kvar1);
voidloadAll(Set<?extendsK>var1, booleanvar2, CompletionListenervar3);
voidput(Kvar1, Vvar2);
VgetAndPut(Kvar1, Vvar2);
voidputAll(Map<?extendsK, ?extendsV>var1);
booleanputIfAbsent(Kvar1, Vvar2);
booleanremove(Kvar1);
booleanremove(Kvar1, Vvar2);
VgetAndRemove(Kvar1);
booleanreplace(Kvar1, Vvar2, Vvar3);
booleanreplace(Kvar1, Vvar2);
VgetAndReplace(Kvar1, Vvar2);
voidremoveAll(Set<?extendsK>var1);
voidremoveAll();
voidclear();
<CextendsConfiguration<K, V>>CgetConfiguration(Class<C>var1);
<T>Tinvoke(Kvar1, EntryProcessor<K, V, T>var2, Object... var3) throwsEntryProcessorException;
<T>Map<K, EntryProcessorResult<T>>invokeAll(Set<?extendsK>var1, EntryProcessor<K, V, T>var2, Object... var3);
StringgetName();
CacheManagergetCacheManager();
voidclose();
booleanisClosed();
<T>Tunwrap(Class<T>var1);
voidregisterCacheEntryListener(CacheEntryListenerConfiguration<K, V>var1);
voidderegisterCacheEntryListener(CacheEntryListenerConfiguration<K, V>var1);
Iterator<Cache.Entry<K, V>>iterator();
publicinterfaceEntry<K, V> {
KgetKey();
VgetValue();
<T>Tunwrap(Class<T>var1);
  }
}