Java實(shí)現(xiàn)本地緩存的常用方案介紹

更新時(shí)間：2025年05月29日 11:11:16 作者：思靜魚

本地緩存的代表技術(shù)主要有HashMap,Guava Cache,Caffeine和Encahche,這篇文章主要來和大家聊聊java利用這些技術(shù)分別實(shí)現(xiàn)本地緩存的方法,有需要的可以了解下

本地緩存

就是和應(yīng)用服務(wù)器一起的緩存工具，將需要緩存的數(shù)據(jù)放到本地緩存中，可以大大的提升訪問速度。

是指和應(yīng)用程序在同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的內(nèi)存空間去存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的讀寫都是在同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)完成的。

實(shí)現(xiàn)方式

本地緩存的代表技術(shù)主要有HashMap，Guava Cache，Caffeine和Encahche

Map：使用 Java 的 Map 集合來實(shí)現(xiàn)本地緩存，將數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中，以鍵值對的形式進(jìn)行訪問。
Guava Cache：Google 開源的緩存庫，提供了線程安全的本地緩存實(shí)現(xiàn)，支持緩存的自動回收和過期時(shí)間設(shè)置等功能。
Ehcache：一種輕量級的 Java 緩存框架，可以將數(shù)據(jù)存儲在 JVM 中或者磁盤中，支持緩存的自動回收和過期時(shí)間設(shè)置等功能。
Caffeine：由 Google 開源的 Java 緩存框架，提供了高性能和可伸縮的緩存實(shí)現(xiàn)，支持緩存的自動回收和多種緩存逐出策略等功能。

HashMap

這是最簡單的方式，你可以使用Java的HashMap來存儲緩存數(shù)據(jù)。這種方式在數(shù)據(jù)量小的情況下是可以的。但是如果你需要在多線程環(huán)境下讀寫緩存，那么這種方式可能會引起線程安全問題。

import java.util.HashMap;  
import java.util.Map;  
  
public class SimpleCache {  
    private Map<String, Object> cache = new HashMap<>();  
  
    public Object get(String key) {  
        return cache.get(key);  
    }  
  
    public void put(String key, Object value) {  
        cache.put(key, value);  
    }  
}

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Java中的一個(gè)線程安全的Map實(shí)現(xiàn)，可以在多線程環(huán)境下安全地讀寫緩存。

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;  
import java.util.Map;  
  
public class ConcurrentCache {  
    private Map<String, Object> cache = new ConcurrentHashMap<>();  
  
    public Object get(String key) {  
        return cache.get(key);  
    }  
  
    public void put(String key, Object value) {  
        cache.put(key, value);  
    }  
}

Guava Cache

Guava是Google的Java核心庫，提供了強(qiáng)大的緩存功能。它提供了多種緩存策略，例如基于時(shí)間的過期策略、基于大小的淘汰策略等。

import com.google.common.cache.Cache;  
import com.google.common.cache.CacheBuilder;  
import java.util.concurrent.TimeUnit;  
  
public class GuavaCache {  
    private Cache<String, Object> cache = CacheBuilder.newBuilder()  
            .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES) // 設(shè)置緩存過期時(shí)間為10分鐘  
            .maximumSize(1000) // 設(shè)置緩存最大容量為1000個(gè)元素  
            .build();  
  
    public Object get(String key) {  
        return cache.getIfPresent(key);  
    }  
  
    public void put(String key, Object value) {  
        cache.put(key, value);  
    }  
}

Caffeine

是基于java8實(shí)現(xiàn)的新一代緩存工具，緩存性能接近理論最優(yōu)，可以看作是Guava Cache的增強(qiáng)版，功能上兩者類似，不同的是Caffeine采用了一種結(jié)合LRU、LFU優(yōu)點(diǎn)的算法：W-TinyLFU，在性能上有明顯的優(yōu)越性。

import com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache;
import com.github.benmanes.caffeine.cache.Caffeine;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class LocalCacheExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個(gè)基于 Caffeine 的緩存實(shí)例
        Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder()
                .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES) // 設(shè)置緩存過期時(shí)間為10分鐘
                .maximumSize(100) // 設(shè)置緩存最大容量為100個(gè)鍵值對
                .build();

        // 將數(shù)據(jù)放入緩存
        cache.put("key1", "value1");
        cache.put("key2", "value2");

        // 從緩存中獲取數(shù)據(jù)
        String value1 = cache.getIfPresent("key1");
        System.out.println("Value for key1: " + value1);

        // 緩存中不存在的鍵，返回null
        String value3 = cache.getIfPresent("key3");
        System.out.println("Value for key3: " + value3);

        // 緩存中不存在的鍵，使用自定義的加載函數(shù)加載數(shù)據(jù)并放入緩存
        String value4 = cache.get("key4", key -> "value4");
        System.out.println("Value for key4: " + value4);

        // 手動移除緩存中的數(shù)據(jù)
        cache.invalidate("key2");

        // 清空緩存
        cache.invalidateAll();
    }
}

上述代碼通過 Caffeine.newBuilder() 創(chuàng)建一個(gè)緩存實(shí)例，并使用 expireAfterWrite 設(shè)置緩存過期時(shí)間，使用 maximumSize 設(shè)置緩存的最大容量。然后通過 put 方法將數(shù)據(jù)放入緩存，通過 getIfPresent 方法從緩存中獲取數(shù)據(jù)。如果緩存中不存在指定的鍵，則使用 get 方法并傳入自定義的加載函數(shù)來加載數(shù)據(jù)并放入緩存。可以使用 invalidate 方法手動移除緩存中的數(shù)據(jù)，或者使用 invalidateAll 方法清空整個(gè)緩存。

請注意，在使用以上代碼時(shí)，需要確保已引入 Caffeine 的相關(guān)依賴項(xiàng)，并進(jìn)行相應(yīng)的配置和初始化操作。

Ehcache

下面是使用 Ehcache 實(shí)現(xiàn)本地緩存的示例代碼：

import org.ehcache.Cache;
import org.ehcache.CacheManager;
import org.ehcache.config.CacheConfiguration;
import org.ehcache.config.builders.CacheConfigurationBuilder;
import org.ehcache.config.builders.CacheManagerBuilder;
import org.ehcache.config.builders.ResourcePoolsBuilder;

import java.time.Duration;

public class LocalCacheExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個(gè)基于 Ehcache 的緩存管理器
        CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().build();
        cacheManager.init();

        // 創(chuàng)建一個(gè)緩存配置
        CacheConfiguration<String, String> cacheConfiguration = CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(
                String.class, String.class,
                ResourcePoolsBuilder.heap(100)) // 設(shè)置緩存最大容量為100個(gè)鍵值對
                .withExpiry(
                        CacheConfigurationBuilder.newExpiryPolicyBuilder(Duration.ofMinutes(10))) // 設(shè)置緩存過期時(shí)間為10分鐘
                .build();

        // 創(chuàng)建一個(gè)緩存實(shí)例
        Cache<String, String> cache = cacheManager.createCache("myCache", cacheConfiguration);

        // 將數(shù)據(jù)放入緩存
        cache.put("key1", "value1");
        cache.put("key2", "value2");

        // 從緩存中獲取數(shù)據(jù)
        String value1 = cache.get("key1");
        System.out.println("Value for key1: " + value1);

        // 緩存中不存在的鍵，返回null
        String value3 = cache.get("key3");
        System.out.println("Value for key3: " + value3);

        // 手動移除緩存中的數(shù)據(jù)
        cache.remove("key2");

        // 關(guān)閉緩存管理器
        cacheManager.close();
    }
}

上述代碼通過 CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder() 創(chuàng)建一個(gè)緩存管理器，并使用 init() 進(jìn)行初始化操作。然后使用 CacheConfigurationBuilder 創(chuàng)建一個(gè)緩存配置，通過 heap 設(shè)置緩存最大容量，通過 withExpiry 設(shè)置緩存過期時(shí)間。接著通過 cacheManager.createCache() 創(chuàng)建一個(gè)緩存實(shí)例，傳入緩存的名稱和緩存配置?？梢允褂?put 方法將數(shù)據(jù)放入緩存，使用 get 方法從緩存中獲取數(shù)據(jù)，使用 remove 方法手動移除緩存中的數(shù)據(jù)。最后使用 cacheManager.close() 關(guān)閉緩存管理器。

請注意，在使用以上代碼時(shí)，需要確保已引入 Ehcache 的相關(guān)依賴項(xiàng)，并進(jìn)行相應(yīng)的配置和初始化操作。

實(shí)現(xiàn)方式優(yōu)缺點(diǎn)

HashMap、ConcurrentHashMap、Guava Cache和Caffeine都是Java中常用的緩存實(shí)現(xiàn)方案，它們各自有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.HashMap：

優(yōu)點(diǎn)：簡單、直接，不需要引入第三方包，適合簡單的場景。

缺點(diǎn)：沒有緩存淘汰策略，定制化開發(fā)成本高，且在多線程環(huán)境下可能存在線程安全問題。

2. ConcurrentHashMap：

優(yōu)點(diǎn)：線程安全，可以在多線程環(huán)境下安全地讀寫緩存。

缺點(diǎn)：相比HashMap，ConcurrentHashMap更加復(fù)雜，且在緩存淘汰策略方面仍然有所限制。

3. Guava Cache：

優(yōu)點(diǎn)：功能強(qiáng)大，提供了多種緩存策略，例如基于時(shí)間的過期策略、基于大小的淘汰策略等。性能好，支持異步加載和批量操作。

缺點(diǎn)：需要引入Guava庫，且組件的緩存同步需要自己實(shí)現(xiàn)。

4. Caffeine：

優(yōu)點(diǎn)：基于Java的高性能緩存庫，提供了內(nèi)存緩存的功能。使用了類似于ConcurrentHashMap的分段鎖機(jī)制，并提供了更多的緩存策略和配置選項(xiàng)。緩存性能接近理論最優(yōu)，屬于是Guava Cache的增強(qiáng)版。

缺點(diǎn)：需要引入Caffeine庫，且需要一定的學(xué)習(xí)成本。

5.Ehcache：

優(yōu)點(diǎn)：支持本地緩存和分布式緩存，提供了豐富的配置選項(xiàng)和緩存策略（如過期時(shí)間、最大大小、持久化等）?？梢耘cSpring框架無縫集成。

缺點(diǎn)：在高并發(fā)環(huán)境下，性能可能不如Caffeine、Memcached和Redis。分布式緩存功能相對較新，可能不如Redis和Memcached成熟穩(wěn)定。

綜上所述，選擇哪種本地緩存方案取決于具體的需求和場景。如果需求簡單，且不需要考慮線程安全問題，那么HashMap是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。如果需要在多線程環(huán)境下讀寫緩存，那么ConcurrentHashMap是一個(gè)更好的選擇。如果需要更強(qiáng)大的緩存功能，例如緩存淘汰策略、異步加載等，那么Guava Cache或Caffeine是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。對于需要分布式緩存的場景，Ehcache是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

到此這篇關(guān)于Java實(shí)現(xiàn)本地緩存的常用方案介紹的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java本地緩存內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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