這篇文章主要講解了Java怎么構(gòu)建高效結(jié)果緩存，內(nèi)容清晰明了，對(duì)此有興趣的小伙伴可以學(xué)習(xí)一下，相信大家閱讀完之后會(huì)有幫助。
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緩存是現(xiàn)代應(yīng)用服務(wù)器中非常常用的組件。除了第三方緩存以外，我們通常也需要在java中構(gòu)建內(nèi)部使用的緩存。那么怎么才能構(gòu)建一個(gè)高效的緩存呢？ 本文將會(huì)一步步的進(jìn)行揭秘。
使用HashMap
緩存通常的用法就是構(gòu)建一個(gè)內(nèi)存中使用的Map，在做一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的操作比如計(jì)算之前，先在Map中查詢一下計(jì)算的結(jié)果是否存在，如果不存在的話再執(zhí)行計(jì)算操作。
我們定義了一個(gè)代表計(jì)算的接口：
public interface Calculator {
V calculate(A arg) throws InterruptedException;
}
該接口定義了一個(gè)calculate方法，接收一個(gè)參數(shù)，并且返回計(jì)算的結(jié)果。
我們要定義的緩存就是這個(gè)Calculator具體實(shí)現(xiàn)的一個(gè)封裝。
我們看下用HashMap怎么實(shí)現(xiàn)：
public class MemoizedCalculator1 implements Calculator {
private final Map cache= new HashMap();
private final Calculator calculator;
public MemoizedCalculator1(Calculator calculator){
this.calculator=calculator;
}
@Override
public synchronized V calculate(A arg) throws InterruptedException {
V result= cache.get(arg);
if( result ==null ){
result= calculator.calculate(arg);
cache.put(arg, result);
}
return result;
}
}
MemoizedCalculator1封裝了Calculator，在調(diào)用calculate方法中，實(shí)際上調(diào)用了封裝的Calculator的calculate方法。
因?yàn)镠ashMap不是線程安全的，所以這里我們使用了synchronized關(guān)鍵字，從而保證一次只有一個(gè)線程能夠訪問(wèn)calculate方法。
雖然這樣的設(shè)計(jì)能夠保證程序的正確執(zhí)行，但是每次只允許一個(gè)線程執(zhí)行calculate操作，其他調(diào)用calculate方法的線程將會(huì)被阻塞，在多線程的執(zhí)行環(huán)境中這會(huì)嚴(yán)重影響速度。從而導(dǎo)致使用緩存可能比不使用緩存需要的時(shí)間更長(zhǎng)。
使用ConcurrentHashMap
因?yàn)镠ashMap不是線程安全的，那么我們可以嘗試使用線程安全的ConcurrentHashMap來(lái)替代HashMap。如下所示：
public class MemoizedCalculator2 implements Calculator {
private final Map cache= new ConcurrentHashMap<>();
private final Calculator calculator;
public MemoizedCalculator2(Calculator calculator){
this.calculator=calculator;
}
@Override
public V calculate(A arg) throws InterruptedException {
V result= cache.get(arg);
if( result ==null ){
result= calculator.calculate(arg);
cache.put(arg, result);
}
return result;
}
}
上面的例子中雖然解決了之前的線程等待的問(wèn)題，但是當(dāng)有兩個(gè)線程同時(shí)在進(jìn)行同一個(gè)計(jì)算的時(shí)候，仍然不能保證緩存重用，這時(shí)候兩個(gè)線程都會(huì)分別調(diào)用計(jì)算方法，從而導(dǎo)致重復(fù)計(jì)算。
我們希望的是如果一個(gè)線程正在做計(jì)算，其他的線程只需要等待這個(gè)線程的執(zhí)行結(jié)果即可。很自然的，我們想到了之前講到的FutureTask。FutureTask表示一個(gè)計(jì)算過(guò)程，我們可以通過(guò)調(diào)用FutureTask的get方法來(lái)獲取執(zhí)行的結(jié)果，如果該執(zhí)行正在進(jìn)行中，則會(huì)等待。
下面我們使用FutureTask來(lái)進(jìn)行改寫(xiě)。
FutureTask
@Slf4j
public class MemoizedCalculator3 implements Calculator {
private final Map> cache= new ConcurrentHashMap<>();
private final Calculator calculator;
public MemoizedCalculator3(Calculator calculator){
this.calculator=calculator;
}
@Override
public V calculate(A arg) throws InterruptedException {
Future future= cache.get(arg);
V result=null;
if( future ==null ){
Callable callable= new Callable() {
@Override
public V call() throws Exception {
return calculator.calculate(arg);
}
};
FutureTask futureTask= new FutureTask<>(callable);
future= futureTask;
cache.put(arg, futureTask);
futureTask.run();
}
try {
result= future.get();
} catch (ExecutionException e) {
log.error(e.getMessage(),e);
}
return result;
}
}
上面的例子，我們用FutureTask來(lái)封裝計(jì)算，并且將FutureTask作為Map的value。
上面的例子已經(jīng)體現(xiàn)了很好的并發(fā)性能。但是因?yàn)閕f語(yǔ)句是非原子性的，所以對(duì)這一種先檢查后執(zhí)行的操作，仍然可能存在同一時(shí)間調(diào)用的情況。
這個(gè)時(shí)候，我們可以借助于ConcurrentHashMap的原子性操作putIfAbsent來(lái)重寫(xiě)上面的類(lèi)：
@Slf4j
public class MemoizedCalculator4 implements Calculator {
private final Map> cache= new ConcurrentHashMap<>();
private final Calculator calculator;
public MemoizedCalculator4(Calculator calculator){
this.calculator=calculator;
}
@Override
public V calculate(A arg) throws InterruptedException {
while (true) {
Future future = cache.get(arg);
V result = null;
if (future == null) {
Callable callable = new Callable() {
@Override
public V call() throws Exception {
return calculator.calculate(arg);
}
};
FutureTask futureTask = new FutureTask<>(callable);
future = cache.putIfAbsent(arg, futureTask);
if (future == null) {
future = futureTask;
futureTask.run();
}
try {
result = future.get();
} catch (CancellationException e) {
log.error(e.getMessage(), e);
cache.remove(arg, future);
} catch (ExecutionException e) {
log.error(e.getMessage(), e);
}
return result;
}
}
}
}
上面使用了一個(gè)while循環(huán)，來(lái)判斷從cache中獲取的值是否存在，如果不存在則調(diào)用計(jì)算方法。
上面我們還要考慮一個(gè)緩存污染的問(wèn)題，因?yàn)槲覀冃薷牧司彺娴慕Y(jié)果，如果在計(jì)算的時(shí)候，計(jì)算被取消或者失敗，我們需要從緩存中將FutureTask移除。
看完上述內(nèi)容，是不是對(duì)Java怎么構(gòu)建高效結(jié)果緩存有進(jìn)一步的了解，如果還想學(xué)習(xí)更多內(nèi)容，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。
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