聊聊MyBatis缓存机制

本文转载自公众号美团技术点评

1、前言

MyBatis是常见的Java数据库访问层框架。在日常工作中，开发人员多数情况下是使用MyBatis的默认缓存配置，但是MyBatis缓存机制有一些不足之处，在使用中容易引起脏数据，形成一些潜在的隐患。
个人在业务开发中也处理过一些由于MyBatis缓存引发的开发问题，带着个人的兴趣，希望从应用及源码的角度为读者梳理MyBatis缓存机制。
本次分析中涉及到的代码和数据库表均放在GitHub上，地址： mybatis-cache-demo 。

2、目录

本文按照以下顺序展开。

一级缓存介绍及相关配置。
一级缓存工作流程及源码分析。
一级缓存总结。
二级缓存介绍及相关配置。
二级缓存源码分析。
二级缓存总结。
全文总结。

3、一级缓存

3.1一级缓存介绍
在应用运行过程中，我们有可能在一次数据库会话中，执行多次查询条件完全相同的SQL，MyBatis提供了一级缓存的方案优化这部分场景，如果是相同的SQL语句，会优先命中一级缓存，避免直接对数据库进行查询，提高性能。具体执行过程如下图所示。
这里写图片描述
每个SqlSession中持有了Executor，每个Executor中有一个LocalCache。当用户发起查询时，MyBatis根据当前执行的语句生成MappedStatement，在Local Cache进行查询，如果缓存命中的话，直接返回结果给用户，如果缓存没有命中的话，查询数据库，结果写入Local Cache，最后返回结果给用户。具体实现类的类关系图如下图所示。
这里写图片描述

3.2一级缓存配置

我们来看看如何使用MyBatis一级缓存。开发者只需在MyBatis的配置文件中，添加如下语句，就可以使用一级缓存。共有两个选项，SESSION或者STATEMENT，默认是SESSION级别，即在一个MyBatis会话中执行的所有语句，都会共享这一个缓存。一种是STATEMENT级别，可以理解为缓存只对当前执行的这一个Statement有效。

<setting name="localCacheScope" value="SESSION"/>

3.3一级缓存实验

接下来通过实验，了解MyBatis一级缓存的效果，每个单元测试后都请恢复被修改的数据。

首先是创建示例表student，创建对应的POJO类和增改的方法，具体可以在entity包和mapper包中

CREATE TABLE `student` (  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,  `name` varchar(200) COLLATE utf8_bin DEFAULT NULL,  `age` tinyint(3) unsigned DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8 COLLATE=utf8_bin;

实验中，id为1的学生名称是凯伦。

实验1

开启一级缓存，范围为会话级别，调用三次getStudentById，代码如下所示：

public void getStudentById() throws Exception {
        SqlSession sqlSession = factory.openSession(true); // 自动提交事务
        StudentMapper studentMapper = sqlSession.getMapper(StudentMapper.class);
        System.out.println(studentMapper.getStudentById(1));
        System.out.println(studentMapper.getStudentById(1));
        System.out.println(studentMapper.getStudentById(1));
    }

执行结果：
这里写图片描述
我们可以看到，只有第一次真正查询了数据库，后续的查询使用了一级缓存。

实验2

增加了对数据库的修改操作，验证在一次数据库会话中，如果对数据库发生了修改操作，一级缓存是否会

@Test
public void addStudent() throws Exception {
        SqlSession sqlSession = factory.openSession(true); // 自动提交事务
        StudentMapper studentMapper = sqlSession.getMapper(StudentMapper.class);
        System.out.println(studentMapper.getStudentById(1));
        System.out.println("增加了" + studentMapper.addStudent(buildStudent()) + "个学生");
        System.out.println(studentMapper.getStudentById(1));
        sqlSession.close();
}

结果：
这里写图片描述
我们可以看到，在修改操作后执行的相同查询，查询了数据库，一级缓存失效。

实验3

开启两个SqlSession，在sqlSession1中查询数据，使一级缓存生效，在sqlSession2中更新数据库，验证一级缓存只在数据库会话内部共享。

@Testpublic void testLocalCacheScope() throws Exception {
        SqlSession sqlSession1 = factory.openSession(true); 
        SqlSession sqlSession2 = factory.openSession(true); 

        StudentMapper studentMapper = sqlSession1.getMapper(StudentMapper.class);
        StudentMapper studentMapper2 = sqlSession2.getMapper(StudentMapper.class);

        System.out.println("studentMapper读取数据: " + studentMapper.getStudentById(1));
        System.out.println("studentMapper读取数据: " + studentMapper.getStudentById(1));
        System.out.println("studentMapper2更新了" + studentMapper2.updateStudentName("小岑",1) + "个学生的数据");
        System.out.println("studentMapper读取数据: " + studentMapper.getStudentById(1));
        System.out.println("studentMapper2读取数据: " + studentMapper2.getStudentById(1));
}

这里写图片描述
sqlSession2更新了id为1的学生的姓名，从凯伦改为了小岑，但session1之后的查询中，id为1的学生的名字还是凯伦，出现了脏数据，也证明了之前的设想，一级缓存只在数据库会话内部共享。

4、一级缓存工作流程&源码分析

那么，一级缓存的工作流程是怎样的呢？我们从源码层面来学习一下。

工作流程
一级缓存执行的时序图，如下图所示。
这里写图片描述

小结

MyBatis一级缓存的生命周期和SqlSession一致。

MyBatis一级缓存内部设计简单，只是一个没有容量限定的HashMap，在缓存的功能性上有所欠缺。

MyBatis的一级缓存最大范围是SqlSession内部，有多个SqlSession或者分布式的环境下，数据库写操作会引起脏数据，建议设定缓存级别为Statement。

5、二级缓存

二级缓存介绍

在上文中提到的一级缓存中，其最大的共享范围就是一个SqlSession内部，如果多个SqlSession之间需要共享缓存，则需要使用到二级缓存。开启二级缓存后，会使用CachingExecutor装饰Executor，进入一级缓存的查询流程前，先在CachingExecutor进行二级缓存的查询，具体的工作流程如下所示。
这里写图片描述
二级缓存开启后，同一个namespace下的所有操作语句，都影响着同一个Cache，即二级缓存被多个SqlSession共享，是一个全局的变量。

当开启缓存后，数据的查询执行的流程就是二级缓存 -> 一级缓存 -> 数据库。

二级缓存配置

要正确的使用二级缓存，需完成如下配置的。

在MyBatis的配置文件中开启二级缓存。

<setting name="cacheEnabled" value="true"/>

在MyBatis的映射XML中配置cache或者 cache-ref 。

cache标签用于声明这个namespace使用二级缓存，并且可以自定义配置。

<cache/>

type：cache使用的类型，默认是PerpetualCache，这在一级缓存中提到过。

eviction：定义回收的策略，常见的有FIFO，LRU。

flushInterval：配置一定时间自动刷新缓存，单位是毫秒。

size：最多缓存对象的个数。

readOnly：是否只读，若配置可读写，则需要对应的实体类能够序列化。

blocking：若缓存中找不到对应的key，是否会一直blocking，直到有对应的数据进入缓存。

cache-ref代表引用别的命名空间的Cache配置，两个命名空间的操作使用的是同一个Cache。

<cache-ref namespace="mapper.StudentMapper"/>

二级缓存实验

接下来我们通过实验，了解MyBatis二级缓存在使用上的一些特点。

在本实验中，id为1的学生名称初始化为点点。

实验1

测试二级缓存效果，不提交事务，sqlSession1查询完数据后，sqlSession2相同的查询是否会从缓存中获取数据。

@Testpublic void testCacheWithoutCommitOrClose() throws Exception {
        SqlSession sqlSession1 = factory.openSession(true); 
        SqlSession sqlSession2 = factory.openSession(true); 

        StudentMapper studentMapper = sqlSession1.getMapper(StudentMapper.class);
        StudentMapper studentMapper2 = sqlSession2.getMapper(StudentMapper.class);

        System.out.println("studentMapper读取数据: " + studentMapper.getStudentById(1));
        System.out.println("studentMapper2读取数据: " + studentMapper2.getStudentById(1));
}

执行结果：
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我们可以看到，当sqlsession没有调用commit()方法时，二级缓存并没有起到作用。

实验2

测试二级缓存效果，当提交事务时，sqlSession1查询完数据后，sqlSession2相同的查询是否会从缓存中获取数据。

@Test
public void testCacheWithCommitOrClose() throws Exception {
        SqlSession sqlSession1 = factory.openSession(true); 
        SqlSession sqlSession2 = factory.openSession(true); 

        StudentMapper studentMapper = sqlSession1.getMapper(StudentMapper.class);
        StudentMapper studentMapper2 = sqlSession2.getMapper(StudentMapper.class);

        System.out.println("studentMapper读取数据: " + studentMapper.getStudentById(1));
        sqlSession1.commit();
        System.out.println("studentMapper2读取数据: " + studentMapper2.getStudentById(1));
}

从图上可知，sqlsession2的查询，使用了缓存，缓存的命中率是0.5。

实验3

测试update操作是否会刷新该namespace下的二级缓存。

@Test
public void testCacheWithUpdate() throws Exception {
        SqlSession sqlSession1 = factory.openSession(true); 
        SqlSession sqlSession2 = factory.openSession(true); 
        SqlSession sqlSession3 = factory.openSession(true); 

        StudentMapper studentMapper = sqlSession1.getMapper(StudentMapper.class);
        StudentMapper studentMapper2 = sqlSession2.getMapper(StudentMapper.class);
        StudentMapper studentMapper3 = sqlSession3.getMapper(StudentMapper.class);

        System.out.println("studentMapper读取数据: " + studentMapper.getStudentById(1));
        sqlSession1.commit();
        System.out.println("studentMapper2读取数据: " + studentMapper2.getStudentById(1));

        studentMapper3.updateStudentName("方方",1);
        sqlSession3.commit();
        System.out.println("studentMapper2读取数据: " + studentMapper2.getStudentById(1));
}

这里写图片描述
我们可以看到，在sqlSession3更新数据库，并提交事务后，sqlsession2的StudentMapper namespace下的查询走了数据库，没有走Cache。

实验4

验证MyBatis的二级缓存不适应用于映射文件中存在多表查询的情况。

通常我们会为每个单表创建单独的映射文件，由于MyBatis的二级缓存是基于namespace的，多表查询语句所在的namspace无法感应到其他namespace中的语句对多表查询中涉及的表进行的修改，引发脏数据问题。

@Test
public void testCacheWithDiffererntNamespace() throws Exception {
        SqlSession sqlSession1 = factory.openSession(true); 
        SqlSession sqlSession2 = factory.openSession(true); 
        SqlSession sqlSession3 = factory.openSession(true); 

        StudentMapper studentMapper = sqlSession1.getMapper(StudentMapper.class);
        StudentMapper studentMapper2 = sqlSession2.getMapper(StudentMapper.class);
        ClassMapper classMapper = sqlSession3.getMapper(ClassMapper.class);

        System.out.println("studentMapper读取数据: " + studentMapper.getStudentByIdWithClassInfo(1));
        sqlSession1.close();
        System.out.println("studentMapper2读取数据: " + studentMapper2.getStudentByIdWithClassInfo(1));

        classMapper.updateClassName("特色一班",1);
        sqlSession3.commit();
        System.out.println("studentMapper2读取数据: " + studentMapper2.getStudentByIdWithClassInfo(1));
}

执行结果：
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在这个实验中，我们引入了两张新的表，一张class，一张classroom。class中保存了班级的id和班级名，classroom中保存了班级id和学生id。我们在StudentMapper中增加了一个查询方法getStudentByIdWithClassInfo，用于查询学生所在的班级，涉及到多表查询。在ClassMapper中添加了updateClassName，根据班级id更新班级名的操作。

当sqlsession1的studentmapper查询数据后，二级缓存生效。保存在StudentMapper的namespace下的cache中。当sqlSession3的classMapper的updateClassName方法对class表进行更新时，updateClassName不属于StudentMapper的namespace，所以StudentMapper下的cache没有感应到变化，没有刷新缓存。当StudentMapper中同样的查询再次发起时，从缓存中读取了脏数据。

实验5

为了解决实验4的问题呢，可以使用Cache ref，让ClassMapper引用StudenMapper命名空间，这样两个映射文件对应的Sql操作都使用的是同一块缓存了。

执行结果：
这里写图片描述
不过这样做的后果是，缓存的粒度变粗了，多个Mapper namespace下的所有操作都会对缓存使用造成影响。

小结

MyBatis的二级缓存相对于一级缓存来说，实现了SqlSession之间缓存数据的共享，同时粒度更加的细，能够到namespace级别，通过Cache接口实现类不同的组合，对Cache的可控性也更强。

MyBatis在多表查询时，极大可能会出现脏数据，有设计上的缺陷，安全使用二级缓存的条件比较苛刻。

在分布式环境下，由于默认的MyBatis Cache实现都是基于本地的，分布式环境下必然会出现读取到脏数据，需要使用集中式缓存将MyBatis的Cache接口实现，有一定的开发成本，直接使用Redis,Memcached等分布式缓存可能成本更低，安全性也更高。

6、全文总结

本文对介绍了MyBatis一二级缓存的基本概念，并从应用及源码的角度对MyBatis的缓存机制进行了分析。最后对MyBatis缓存机制做了一定的总结，个人建议MyBatis缓存特性在生产环境中进行关闭，单纯作为一个ORM框架使用可能更为合适。