Caffeine史上最快的内存缓存

引言

在现代的Web应用程序中，缓存是提升性能，减少数据库负载，加快响应速度的关键技术之一。Spring Boot作为一个简化Spring应用开发的框架，提供了与多种缓存技术集成的支持。Caffeine是一个高性能，灵活的缓存库，它可以作为本地缓存在Java应用中广泛使用。本文将详细介绍如何在Spring Boot项目中集成Caffeine缓存，并通过一个实例来展示它的使用。

什么是Caffeine缓存？

Caffeine是一个Java 8的缓存库，设计目的是超越Guava缓存库的性能，提供近乎最优的命中率。它提供了一个构建高性能缓存的完整工具集，支持多种缓存策略，如：LRU（最近最少使用）、LFU（最不经常使用）和W-TinyLFU（窗口缓存策略）等。

一、本地缓存介绍

缓存在日常开发中启动至关重要的作用，由于是存储在内存中，数据的读取速度是非常快的，能大量减少对数据库的访问，减少数据库的压力。

之前介绍过 Redis 这种 NoSql 作为缓存组件，它能够很好的作为分布式缓存组件提供多个服务间的缓存，但是 Redis 这种还是需要网络开销，增加时耗。本地缓存是直接从本地内存中读取，没有网络开销，例如秒杀系统或者数据量小的缓存等，比远程缓存更合适。

二、缓存组件 Caffeine 介绍

按 Caffeine Github 文档描述，Caffeine 是基于 JAVA 8 的高性能缓存库。并且在 spring5 (springboot 2.x) 后，spring 官方放弃了 Guava，而使用了性能更优秀的 Caffeine 作为默认缓存组件。

1、Caffeine 性能

可以通过下图观测到，在下面缓存组件中 Caffeine 性能是其中最好的。
在这里插入图片描述

2、Caffeine 配置说明

参数类型描述
initialCapacityinteger初始的缓存空间大小
maximumSizelong缓存的最大条数
maximumWeightlong缓存的最大权重
expireAfterAccessduration最后一次写入或访问后，指定经过多长的时间过期
expireAfterWriteduration最后一次写入后，指定经过多长的时间缓存过期
refreshAfterWriteduration创建缓存或者最近一次更新缓存后，经过指定的时间间隔后刷新缓存
weakKeysboolean打开 key 的弱引用
weakValuesboolean打开 value 的弱引用
softValuesboolean打开 value 的软引用
recordStats-开发统计功能

注意：

  • weakValues 和 softValues 不可以同时使用。
  • maximumSize 和 maximumWeight 不可以同时使用。
  • expireAfterWrite 和 expireAfterAccess 同时存在时，以 expireAfterWrite 为准。

3、软引用与弱引用

  • 软引用： 如果一个对象只具有软引用，且内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它；如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。
  • 弱引用： 弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存
// 软引用
Caffeine.newBuilder().softValues().build();// 弱引用
Caffeine.newBuilder().weakKeys().weakValues().build();

三、SpringBoot 集成 Caffeine 两种方式

SpringBoot 有俩种使用 Caffeine 作为缓存的方式：

  • 方式一： 直接引入 Caffeine 依赖，然后使用 Caffeine 方法实现缓存。
  • 方式二： 引入 Caffeine 和 SpringCache 依赖，使用 SpringCache 注解方法实现缓存。

下面将介绍下，这俩中集成方式都是如何实现的。

四、SpringBoot 集成 Caffeine 方式一

1、Maven 引入相关依赖

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

2、配置缓存配置类

@Configuration
public class CacheConfig {@Beanpublic Cache<String, Object> caffeineCache() {return Caffeine.newBuilder()// 设置最后一次写入或访问后经过固定时间过期.expireAfterWrite(60, TimeUnit.SECONDS)// 初始的缓存空间大小.initialCapacity(100)// 缓存的最大条数.maximumSize(1000).build();}}

3、定义测试的实体对象

@Data
@ToString
public class UserInfo {private Integer id;private String name;private String sex;private Integer age;
}

4、定义服务接口类和实现类

服务接口

public interface UserInfoService {/*** 增加用户信息** @param userInfo 用户信息*/void addUserInfo(UserInfo userInfo);/*** 获取用户信息** @param id 用户ID* @return 用户信息*/UserInfo getByName(Integer id);/*** 修改用户信息** @param userInfo 用户信息* @return 用户信息*/UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo);/*** 删除用户信息** @param id 用户ID*/void deleteById(Integer id);}

服务实现类

@Slf4j
@Service
public class UserInfoServiceImpl implements UserInfoService {/*** 模拟数据库存储数据*/private HashMap<Integer, UserInfo> userInfoMap = new HashMap<>();@AutowiredCache<String, Object> caffeineCache;@Overridepublic void addUserInfo(UserInfo userInfo) {log.info("create");userInfoMap.put(userInfo.getId(), userInfo);// 加入缓存caffeineCache.put(String.valueOf(userInfo.getId()),userInfo);}@Overridepublic UserInfo getByName(Integer id) {// 先从缓存读取UserInfo userInfo = (UserInfo) caffeineCache.asMap().get(String.valueOf(id));if (userInfo != null){return userInfo;}// 如果缓存中不存在，则从库中查找log.info("get");userInfo = userInfoMap.get(id);// 如果用户信息不为空，则加入缓存if (userInfo != null){caffeineCache.put(String.valueOf(userInfo.getId()),userInfo);}return userInfo;}@Overridepublic UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo) {log.info("update");if (!userInfoMap.containsKey(userInfo.getId())) {return null;}// 取旧的值UserInfo oldUserInfo = userInfoMap.get(userInfo.getId());// 替换内容if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getAge())) {oldUserInfo.setAge(userInfo.getAge());}if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getName())) {oldUserInfo.setName(userInfo.getName());}if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getSex())) {oldUserInfo.setSex(userInfo.getSex());}// 将新的对象存储，更新旧对象信息userInfoMap.put(oldUserInfo.getId(), oldUserInfo);// 替换缓存中的值caffeineCache.put(String.valueOf(oldUserInfo.getId()),oldUserInfo);return oldUserInfo;}@Overridepublic void deleteById(Integer id) {log.info("delete");userInfoMap.remove(id);// 从缓存中删除caffeineCache.asMap().remove(String.valueOf(id));}}

5、测试的 Controller 类

@RestController
@RequestMapping
public class UserInfoController {@Autowiredprivate UserInfoService userInfoService;@GetMapping("/userInfo/{id}")public Object getUserInfo(@PathVariable Integer id) {UserInfo userInfo = userInfoService.getByName(id);if (userInfo == null) {return "没有该用户";}return userInfo;}@PostMapping("/userInfo")public Object createUserInfo(@RequestBody UserInfo userInfo) {userInfoService.addUserInfo(userInfo);return "SUCCESS";}@PutMapping("/userInfo")public Object updateUserInfo(@RequestBody UserInfo userInfo) {UserInfo newUserInfo = userInfoService.updateUserInfo(userInfo);if (newUserInfo == null){return "不存在该用户";}return newUserInfo;}@DeleteMapping("/userInfo/{id}")public Object deleteUserInfo(@PathVariable Integer id) {userInfoService.deleteById(id);return "SUCCESS";}}

五、SpringBoot 集成 Caffeine 方式二

1、Maven 引入相关依赖

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>
<dependency><groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId><artifactId>caffeine</artifactId>
</dependency>

2、配置缓存配置类

@Configuration
public class CacheConfig {/*** 配置缓存管理器** @return 缓存管理器*/@Bean("caffeineCacheManager")public CacheManager cacheManager() {CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();cacheManager.setCaffeine(Caffeine.newBuilder()// 设置最后一次写入或访问后经过固定时间过期.expireAfterAccess(60, TimeUnit.SECONDS)// 初始的缓存空间大小.initialCapacity(100)// 缓存的最大条数.maximumSize(1000));return cacheManager;}}

3、定义测试的实体对象

@Data
@ToString
public class UserInfo {private Integer id;private String name;private String sex;private Integer age;
}

4、定义服务接口类和实现类

服务接口

public interface UserInfoService {/*** 增加用户信息** @param userInfo 用户信息*/void addUserInfo(UserInfo userInfo);/*** 获取用户信息** @param id 用户ID* @return 用户信息*/UserInfo getByName(Integer id);/*** 修改用户信息** @param userInfo 用户信息* @return 用户信息*/UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo);/*** 删除用户信息** @param id 用户ID*/void deleteById(Integer id);}

服务实现类

@Slf4j
@Service
@CacheConfig(cacheNames = "caffeineCacheManager")
public class UserInfoServiceImpl implements UserInfoService {/*** 模拟数据库存储数据*/private HashMap<Integer, UserInfo> userInfoMap = new HashMap<>();@Override@CachePut(key = "#userInfo.id")public void addUserInfo(UserInfo userInfo) {log.info("create");userInfoMap.put(userInfo.getId(), userInfo);}@Override@Cacheable(key = "#id")public UserInfo getByName(Integer id) {log.info("get");return userInfoMap.get(id);}@Override@CachePut(key = "#userInfo.id")public UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo) {log.info("update");if (!userInfoMap.containsKey(userInfo.getId())) {return null;}// 取旧的值UserInfo oldUserInfo = userInfoMap.get(userInfo.getId());// 替换内容if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getAge())) {oldUserInfo.setAge(userInfo.getAge());}if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getName())) {oldUserInfo.setName(userInfo.getName());}if (!StringUtils.isEmpty(oldUserInfo.getSex())) {oldUserInfo.setSex(userInfo.getSex());}// 将新的对象存储，更新旧对象信息userInfoMap.put(oldUserInfo.getId(), oldUserInfo);// 返回新对象信息return oldUserInfo;}@Override@CacheEvict(key = "#id")public void deleteById(Integer id) {log.info("delete");userInfoMap.remove(id);}}

5、测试的 Controller 类

RestController
@RequestMapping
public class UserInfoController {@Autowiredprivate UserInfoService userInfoService;@GetMapping("/userInfo/{id}")public Object getUserInfo(@PathVariable Integer id) {UserInfo userInfo = userInfoService.getByName(id);if (userInfo == null) {return "没有该用户";}return userInfo;}@PostMapping("/userInfo")public Object createUserInfo(@RequestBody UserInfo userInfo) {userInfoService.addUserInfo(userInfo);return "SUCCESS";}@PutMapping("/userInfo")public Object updateUserInfo(@RequestBody UserInfo userInfo) {UserInfo newUserInfo = userInfoService.updateUserInfo(userInfo);if (newUserInfo == null){return "不存在该用户";}return newUserInfo;}@DeleteMapping("/userInfo/{id}")public Object deleteUserInfo(@PathVariable Integer id) {userInfoService.deleteById(id);return "SUCCESS";}}

6、创建启动类开启缓存

在启动类中加上 @EnableCaching 注解开启缓存。

@EnableCaching
@SpringBootApplication
public class Application2 {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(Application2.class, args);}}

结语

通过本文的介绍，我们了解了如何在Spring Boot应用中集成Caffeine本地缓存技术。Caffeine的高性能和易用性使其成为Java本地缓存的优秀选择。希望本文能帮助你在实际项目中有效地使用Caffeine缓存，提升应用性能。

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