Java Ehcache详解

一、什么是Java Ehcache

1.1 Java Ehcache简介

在大型Java应用程序中，缓存是提高应用程序性能的重要手段。缓存作为一种中间件，可以有效地减少磁盘、内存和网络带宽的使用，从而提高应用程序的性能。Java Ehcache是一个Java开发的缓存器，它高效地管理在内存中缓存的数据。它包含一个持久层和一个可插拔的扩展架构，使它适用于多种不同的缓存需求。

1.2 Java Ehcache的优势

Java Ehcache适用于缓存访问频繁但计算成本较高的数据。它将计算的结果存储在内存中，以快速响应后续的请求。此外，Java Ehcache还具有以下优势：

1) 极高的缓存命中率，减少了对源数据的访问

2) 支持分布式缓存集群，减轻应用程序单点故障压力

3) 提供了多种缓存过期策略、清除机制和持久化机制，灵活性强

二、Java Ehcache的基础用法

2.1 添加Java Ehcache依赖

<dependency>
    <groupId>org.ehcache</groupId>
    <artifactId>ehcache</artifactId>
    <version>3.8.1</version>
</dependency>

2.2 创建Ehcache实例

在创建Ehcache实例时，需要通过EhcacheManager类获取Cache实例。以下示例代码演示了如何在Java中创建一个名为“myCache”的Ehcache实例：

CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().build();
cacheManager.init();
Cache<String, String> myCache = cacheManager.createCache("myCache",
    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(String.class, String.class,
        ResourcePoolsBuilder.heap(100)).build());

CacheConfigurationBuilder可以定义缓存的大小、存储策略、过期策略等配置。

2.3 添加、获取、删除缓存数据

以下示例代码演示了如何向“myCache”缓存中添加缓存数据，以及如何从缓存中获取数据并删除缓存数据：

// put缓存数据
myCache.put("foo", "bar");
// get缓存数据
String value = myCache.get("foo");
// remove缓存数据
myCache.remove("foo");

三、Java Ehcache持久化机制

3.1 Ehcache本地持久化

当应用程序重新启动时，本地持久化机制可以确保Ehcache缓存数据不会丢失。下面的示例演示了如何在Java中实现本地持久化：

CacheConfigurationBuilder<String, String> cacheConfigurationBuilder = 
    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(String.class, String.class,
        ResourcePoolsBuilder.heap(100))
        .withExpiry(Expirations.timeToLiveExpiration(Duration.ofDays(1)))
        .withDiskStorePath("mycache")
        .withDiskPersistent(true);
CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
        .with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("mydata")))
        .withCache("myCache", cacheConfigurationBuilder).build(true);

在上面的示例中，缓存数据将被存储在名为“mydata”的文件夹中。withDiskPersistent(true)方法表示缓存数据将持久化到磁盘上，即使在应用程序重新启动时也不会丢失。

3.2 Ehcache集群持久化

当Ehcache作为分布式缓存时，集群持久化机制可以确保在节点宕机或重新启动时，缓存数据不会丢失。以下示例演示了如何在Java中实现集群持久化：

CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
        .with(ClusteringServiceConfigurationBuilder.cluster(URI.create("http://localhost:9510/my-application"))
                .autoCreate().defaultServerResource("primary-peer-server-resource"))
        .withCache("clusteredCache",
                CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(String.class, String.class, ResourcePoolsBuilder.heap(100))
                        .withExpiry(Expirations.timeToLiveExpiration(Duration.ofDays(365)))
                        .add(CacheEventListenerConfigurationBuilder
                                .newEventListenerConfiguration(new MyCacheEventListener(), EventType.CREATED, EventType.UPDATED)
                                .unordered().asynchronous()))
        .build(true);

在上面的示例中，CacheManager的URI参数指定了Ehcache缓存的应用程序URL。autoCreate()方法自动创建缓存集群，并将其作为“primary-peer-server-resource”。

四、Java Ehcache的性能优化

4.1 合理设置缓存大小

当Ehcache缓存空间过小时，将会出现频繁的缓存失效，导致缓存命中率降低，缓存性能下降。相反，当Ehcache缓存空间过大时，将会占用过多的内存资源，甚至导致JVM崩溃。

因此，在应用程序中合理设置Ehcache缓存大小是提高性能的重要手段之一。

以下示例演示了如何为Ehcache缓存设置最大空间限制：

CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().build(true);
CacheConfigurationBuilder<String, String> cacheConfigurationBuilder = 
    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(String.class, String.class,
        ResourcePoolsBuilder.heap(100))
        .withSizeOfMaxObjectSize(5, MemoryUnit.MB)
        .withSizeOfMaxObjectGraph(10_000)
Cache<String, String> myCache = cacheManager.createCache("myCache", cacheConfigurationBuilder.build());

上述示例中的方法withSizeOfMaxObjectSize()和withSizeOfMaxObjectGraph()用于设置缓存过期策略。

4.2 Ehcache并发性能优化

在Ehcache缓存中，读写操作是非常频繁的操作。为了提高读写性能，需要使用多线程技术，将Ehcache缓存的读写操作分布在多个线程上。下面的示例演示了如何使用Java并发机制实现多线程读写缓存：

class MyCacheWriter implements CacheWriter {
    @Override
    public void write(Entry entry) throws CacheWriterException {
        // 将entry写入缓存
    }
}

class MyCacheLoader implements CacheLoader
    {
    @Override
    public String load(String key) throws CacheLoaderException {
        // 根据key从缓存中读取数据
        return null;
    }
}

CacheConfigurationBuilder cacheConfigurationBuilder = CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder()
        .withKeySerializer(new StringSerializer(StandardCharsets.UTF_8))
        .withValueSerializer(new StringSerializer(StandardCharsets.UTF_8))
        .add(CacheWriterConfigurationBuilder.newCacheWriterConfiguration(new MyCacheWriter()).concurrencyLevel(4))
        .add(CacheLoaderWriterConfigurationBuilder.newCacheLoaderWriterConfiguration(new MyCacheLoader(), new MyCacheWriter())
                .concurrencyLevel(4));

CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().build();
cacheManager.init();
Cache
     cache = cacheManager.createCache("myCache", cacheConfigurationBuilder.build());

    
   
  

在上面的示例中，CacheWriter和CacheLoader用于实现写入和读取缓存数据的操作。使用CacheWriterConfigurationBuilder和CacheLoaderWriterConfigurationBuilder可以为线程池配置并发级别。

五、Java Ehcache插件机制

5.1 Ehcache插件

Ehcache插件机制提供了一种灵活的方式，允许开发人员扩展Ehcache功能。Ehcache插件可以是Ehcache自身提供的，也可以是第三方插件。

以下示例演示了如何在Java中实现Ehcache插件：

public class MyPlugin implements Plugin {
    @Override
    public String name() {
        return "my-plugin";
    }
    @Override
    public  T unwrap(Class
    clazz) {
        // 实现Plugin接口的unwrap方法
    }
}

CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
        .withPlugin(new MyPlugin())
        .build(true);

   
  

在上面的示例中，MyPlugin实现Plugin接口，name方法返回插件的名称，unwrap方法返回类型为T的对象。

5.2 自定义Ehcache实现

在特定的应用场景下，Ehcache的默认实现可能无法满足需求。在这种情况下，可以自定义Ehcache实现，以满足特定应用程序的需求。

以下示例演示了如何在Java中实现Ehcache自定义实现：

public class MyCache extends EhcacheBase {
    // 实现自定义Ehcache的方法
}

CacheConfigurationBuilder<String, String> cacheConfigurationBuilder = 
    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(String.class, String.class,
        ResourcePoolsBuilder.heap(100))
        .withExpiry(Expirations.timeToLiveExpiration(Duration.ofDays(1)));
Configuration configuration = new Configuration(new HashMap<String, CacheConfiguration<?, ?>>());
configuration.addCacheConfiguration("myCache", cacheConfigurationBuilder.build());
CacheManager manager = new CacheManager(new MyCacheManagerEventListener(), configuration);
Cache cache = new MyCache(new DefaultConfiguration(), cacheConfigurationBuilder.build(), null, manager, null);
cache.put(new Element("key", "value"));

在上面的示例中，MyCache继承EhcacheBase类，实现自定义Ehcache的方法。CacheManager使用自定义MyCacheManagerEventListener事件监听器，并将自定义缓存添加到configuration缓存配置中。

六、Java Ehcache的监控和管理

6.1 Ehcache监控

使用Ehcache后台管理工具可以监控Ehcache的运行状态和缓存数据。Ehcache后台管理工具提供了可视化的监控界面，可以方便地查看缓存命中率、缓存大小、缓存对象的生存周期等信息。在Java应用程序中，可以使用Ehcache Management API对Ehcache缓存进行监控。

以下示例演示了如何使用Ehcache Managemen API监控Ehcache缓存：

CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().build();
cacheManager.init();

ManagementRegistry registry = ManagementRegistryServiceConfiguration.newManagementRegistry()
        .addTag("app", "my-app")
        .addTag("version", "1.0")
        .build();

CacheManagerManagementService.register(cacheManager, registry);

CacheConfigurationBuilder<String, String> cacheConfigurationBuilder = 
    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(String.class, String.class,
        ResourcePoolsBuilder.heap(100))
        .withExpiry(Expirations.timeToLiveExpiration(Duration.ofDays(1)));
Cache<String,String> myCache = cacheManager.createCache("myCache", cacheConfigurationBuilder.build());

在上面的示例中，使用ManagementRegistryServiceConfiguration来创建ManagementRegistry。使用CacheManagerManagementService对CacheManager进行注册，从而使得CacheManager与ManagementRegistry关联。创建了一个名为“myCache”的Ehcache缓存实例。

6.2 Ehcache管理

除了Ehcache监控外，Ehcache还提供了一些管理工具，例如CLI命令