java分布式缓存技术

开发中大型Java软件项目时，很多Java架构师都会遇到数据库读写瓶颈，如果你在系统架构时并没有将缓存策略考虑进去，或者并没有选择更优的缓存策略，那么到时候重构起来将会是一个噩梦。本文主要是分享了5个常用的Java分布式缓存框架，这些缓存框架支持多台服务器的缓存读写功能，可以让你的缓存系统更容易扩展。

1、Ehcache – Java分布式缓存框架

Ehcache是一个Java实现的开源分布式缓存框架，EhCache 可以有效地减轻数据库的负载，可以让数据保存在不同服务器的内存中，在需要数据的时候可以快速存取。同时EhCache 扩展非常简单，官方提供的Cache配置方式有好几种。你可以通过声明配置、在xml中配置、在程序里配置或者调用构造方法时传入不同的参数。

官方网站：http://ehcache.org/

Ehcache有以下特点：

· 存取速度非常快，性能很不错。

· 可以应用多种缓存策略。

· 分级缓存，用户可以指定哪些数据在硬盘中缓存，哪些数据在内存中缓存。

· 可以通过RMI、可插入API等方式进行分布式缓存。

· 具有缓存和缓存管理器的侦听接口。

· 支持多缓存管理器实例，以及一个实例的多个缓存区域。

· 默认提供Hibernate的缓存实现。

Ehcache的配置示例代码：

<defaultCache

maxElementsInMemory=”10000″

eternal=”false”

timeToIdleSeconds=”120″

timeToLiveSeconds=”120″

overflowToDisk=”true”

maxElementsOnDisk=”10000000″

diskPersistent=”false”

diskExpiryThreadIntervalSeconds=”120″

memoryStoreEvictionPolicy=”LRU”

</ehcache>

　在同类的Java缓存框架中，Ehcache配置相对简单，也比较容易上手，最大的优势是它支持分布式缓存。

2、Cacheonix – 高性能Java分布式缓存系统

Cacheonix同样也是一个基于Java的分布式集群缓存系统，它同样可以帮助你实现分布式缓存的部署。

官方网站：http://www.cacheonix.com/

Cacheonix的特点

· 可靠的分布式 Java 缓存

· 通过复制实现高可用性

· 支持泛型的缓存 API

· 可与 ORM 框架集成

· 使用数据分区实现负载均衡

· 支持非多播网络

· 高性能计算

· 快速的本地 Java 缓存

· 分布式锁机制

Cacheonix的架构图

Cacheonix分布式缓存XML配置

<?xml version ="1.0"?>

<cacheonix xmlns="http://www.cacheonix.com/schema/configuration"

xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"

xsi:schemaLocation="http://www.cacheonix.com/schema/configuration http://www.cacheonix.com/schema/cacheonix-config-2.0.xsd">

</listener>

</broadcast>

<store>

</store>

</partitionedCache>

<store>

</store>

</partitionedCache>

<store>

</store>

</partitionedCache>

</server>

</cacheonix>

Cacheonix缓存的存取

　　从配置中获取Cacheonix实例

/**

* Tester for CacheManager.

public final class CacheonixTest extends TestCase {

private Cacheonix cacheonix;

/**

* Tests getting an instance of CacheManager using a default Cacheonix configuration.

public void testGetInstance() {

assertNotNull("Cacheonix created in setUp() method should not be null", cacheonix);

}

/**

* Sets up the fixture. This method is called before a test is executed.

*

* Cacheonix receives the default configuration from a <code>cacheonix-config.xml</code> found in a class path or

* using a file that name is defined by system parameter <code>cacheonix.config.xml<code>.

protected void setUp() throws Exception {

super.setUp();

// Get Cacheonix using a default Cacheonix configuration. The configuration

// is stored in the conf/cacheonix-config.xml

cacheonix = Cacheonix.getInstance();

}

/**

* Tears down the fixture. This method is called after a test is executed.

protected void tearDown() throws Exception {

// Cache manager has be be shutdown upon application exit.

// Note that call to shutdown() here uses unregisterSingleton

// set to true. This is necessary to support clean restart on setUp()

cacheonix.shutdown(ShutdownMode.GRACEFUL_SHUTDOWN, true);

cacheonix = null;

super.tearDown();

}

读取缓存

Cacheonix cacheonix = Cacheonix.getInstance();

Cache<String, String> cache = cacheonix.getCache("my.cache");

String cachedValue = cache.get("my.key");

设置缓存

Cacheonix cacheonix = Cacheonix.getInstance();

Cache<String, String> cache = cacheonix.getCache("my.cache");

String replacedValue = cache.put("my.key", "my.value");

删除缓存

Cacheonix cacheonix = Cacheonix.getInstance();

Cache<String, String> cache = cacheonix.getCache("my.cache");

String removedValue = cache.remove("my.key");

Cacheonix作为一款开源的分布式缓存框架，可以满足中型企业规模的系统架构，对提升系统性能有非常棒的作用。

3、ASimpleCache – 轻量级Android缓存框架

ASimpleCache是一款基于Android的轻量级缓存框架，它只有一个Java文件，ASimpleCache基本可以缓存常用的Android对象，包括普通字符串、JSON对象、经过序列化的Java对象、字节数组等。

　　官方网站：https://github.com/yangfuhai/ASimpleCache

ASimpleCache可以缓存哪些东西

ASimpleCache基本可以缓存常用的Android对象，包括但不限于以下几种类型：

· 普通字符串

· JSON对象

· 经过序列化的Java对象

· 字节数组

ASimpleCache的特点

· 轻量级，只有一个Java文件

· 完整而灵活的配置，可以配置缓存路径，缓存大小，缓存数量，缓存超时时间等。

· 超时缓存自动失效，并从内存中自动删除。

· 多进程的支持

　　在Android开发中，我们可以用ASimpleCache来替换SharePreference配置文件，特别是如果你的应用经常要从互联网上读取数据，那么利用ASimpleCache可以缓存这些请求数据，等一段时间失效后再去重新读取，这样可以减少客户端流量，同时减少服务器并发量。

ASimpleCache的示例代码

　　设置缓存数据：

ACache mCache = ACache.get(this);

mCache.put("test_key1", "test value");

mCache.put("test_key2", "test value", 10);//保存10秒，如果超过10秒去获取这个key，将为null

mCache.put("test_key3", "test value", 2 * ACache.TIME_DAY);//保存两天，如果超过两天去获取这个key，将为null

获取缓存数据：

ACache mCache = ACache.get(this);

String value = mCache.getAsString("test_key1");

ASimpleCache的作者是国人，代码托管在Github上，也用过ASimpleCache的同学可以分享一下使用心得，为开源事业贡献一份力量。

4、JBoss Cache – 基于事物的Java缓存框架

JBoss Cache是一款基于Java的事务处理缓存系统，它的目标是构建一个以Java框架为基础的集群解决方案，可以是服务器应用，也可以是Java SE应用。

　　官方网站：http://jbosscache.jboss.org/

集群高可用性

JBoss Cache将会自动复制缓存数据，并且在集群中的服务器之间进行缓存数据的同步，这样可以保证任何一台服务器重启了都不会影响缓存的可用性。

集群缓存可避免系统瓶颈

JBoss Cache顾名思义是利用缓存来提高系统扩展性的，当我们的WEB系统遇到大量的数据库读写时，系统的瓶颈将会出现在数据库端，JBoss Cache正好可以解决数据库的频繁读取问题，解决这个瓶颈。

　　另外，由于JBoss Cache的缓存是在集群中的每一个服务器间同步的，因此也不会因为一台缓存服务器遇到性能问题而影响整个系统。

JBoss Cache的standalone用法

　　首先是初始化TreeCache

TreeCache tree = new TreeCache();

然后是读进配置文件

PropertyConfigurator config = new PropertyConfigurator();

config.configure("配置文件.xml");

然后开始服务

Tree.startService();

因为Tree的结构是用NODE来Access的，TreeCache这里就很简单的用：

/level1/level2/node1 来表示两级Tree下面的Node1。

　　现在我们添加几个要Cache的对象。

Tree.put("/level1/level2/node1", "key1", "value1");

String[] array = { "1", "2", "3", "4" }

Tree.put("/level3/array/", "myarray", array);

大家可以看到，TreeCache里面可以存储任何种类的对象，包括所有复杂对象。

　　读取对象就很方便了

String s = (String)Tree.get("/level1/level2/node1/", "key1");

value1就读出来了。

　　同理：

String[] sarr = (String[]) Tree.get("/level3/array/","myarray");

System.out.println(sarr[1]) 会显示2

　　最后停止服务：

Tree.stopService();

JBoss Cache的FileCacheLoader示例

　　首先创建一个FileCache类封装JBoss Cache的相关操作，如下：

package com.javaeye.terrencexu.jbosscache;

import java.io.File;

import java.util.Map;

import org.jboss.cache.Cache;

import org.jboss.cache.DefaultCacheFactory;

import org.jboss.cache.Fqn;

import org.jboss.cache.Node;

import org.jboss.cache.config.CacheLoaderConfig;

import org.jboss.cache.config.Configuration;

import org.jboss.cache.loader.FileCacheLoader;

import org.jboss.cache.loader.FileCacheLoaderConfig;

/**

*

* This is demo to illustrate how to use the JBoss Cache to cache your

* frequently accessed Java objects in order to dramatically improve

* the performance of your applications. This makes it easy to remove

* data access bottlenecks, such as connecting to a database.

*

*

* As a rule of thumb, it is recommended that the FileCacheLoader not

* be used in a highly concurrent, transactional or stressful environment,

* ant its use is restricted to testing.

*

* @author TerrenceX

* @param <T>

public class FileCache<T> {

/**

* The JBoss Cache, used to cache frequently accessed Java objects.

private Cache<String, T> cache;

/**

* @constructor

* @param fsCacheLoaderLocation The file system location to store the cache

public FileCache(File fsCacheLoaderLocation) {

cache = initCache(fsCacheLoaderLocation);

}

/**

* Create a Cache and whose cache loader type is File Cache Loader

* @param fsCacheLoaderLocation The file position used to store the cache.

* @return Cache

public Cache<String, T> initCache(File fsCacheLoaderLocation) {

// initiate a FileCacheLoader instance

FileCacheLoader fsCacheLoader = new FileCacheLoader();

// prepare the file cache loader configuration file for File Cache Loader

FileCacheLoaderConfig fsCacheLoaderConfig = new FileCacheLoaderConfig();

fsCacheLoaderConfig.setLocation(fsCacheLoaderLocation.toString());

fsCacheLoaderConfig.setCacheLoader(fsCacheLoader);

// set configuration to File Cache Loader

fsCacheLoader.setConfig(fsCacheLoaderConfig);

// prepare the configuration for Cache

Configuration config = new Configuration();

config.setCacheLoaderConfig(new CacheLoaderConfig());

config.getCacheLoaderConfig().addIndividualCacheLoaderConfig(fsCacheLoaderConfig);

// create a Cache through the default cache factory

return new DefaultCacheFactory<String, T>().createCache(config);

}

/**

* Add a new node into the tree-node hierarchy

* @param fqn Full Qualified Name for the new node

* @return

public Node<String, T> addNode(Fqn<String> fqn) {

return cache.getRoot().addChild(fqn);

}

/**

* Remove a specified node from the tree-node hierarchy

* @param fqn Full Qualified Name for the specified node

public void removeNode(Fqn<String> fqn) {

cache.removeNode(fqn);

}

/**

* Add node information to the specified node.

* @param fqn Full Qualified Name for the specified node

* @param key The key of the node information

* @param value The value of the node information

public void addNodeInfo(Fqn<String> fqn, String key, T value) {

cache.put(fqn, key, value);

}

/**

* Batch add node information to the specified node.

* @param fqn Full Qualified Name for the specified node

* @param infos Node informations map

public void addNodeInfos(Fqn<String> fqn, Map<String, T> infos) {

cache.put(fqn, infos);

}

/**

* Get node information from the specified node.

* @param fqn Full Qualified Name for the specified node

* @param key The key of the node information

* @return

public T getNodeInfo(Fqn<String> fqn, String key) {

return cache.get(fqn, key);

}

/**

* Remove node information from the specified node.

* @param fqn Full Qualified Name for the specified node

* @param key The key of the node information

public void removeNodeInfo(Fqn<String> fqn, String key) {

cache.remove(fqn, key);

}

下面是一个测试案例：

package com.javaeye.terrencexu.jbosscache;

import java.io.File;

import org.jboss.cache.Fqn;

public class Main {

public static void main(String[] args) {

FileCache<String> fileCache = new FileCache<String>(new File("d:\\tmp"));

Fqn<String> jimmyFqn = Fqn.fromString("/com/manager/jimmy");

Fqn<String> hansonFqn = Fqn.fromString("/com/developer/hanson");

fileCache.addNode(jimmyFqn);

fileCache.addNode(hansonFqn);

fileCache.addNodeInfo(jimmyFqn, "en-name", "Jimmy Zhang");

fileCache.addNodeInfo(jimmyFqn, "zh-name", "Zhang Ji");

fileCache.addNodeInfo(hansonFqn, "en-name", "Hanson Yang");

fileCache.addNodeInfo(hansonFqn, "zh-name", "Yang Kuo");

String enName = fileCache.getNodeInfo(hansonFqn, "en-name");

System.out.println(enName);

}

运行结果如下：

- JBossCache MBeans were successfully registered to the platform mbean server.

- JBoss Cache version: JBossCache 'Malagueta' 3.2.5.GA

Hanson Yang

生成的缓存文件目录结构如下：

D:/tmp/com.fdb/manage.fdb/jimmy.fdb/data.dat

D:/tmp/com.fdb/developer.fdb/hanson.fdb/data.dat

总结

JBoss Cache还有更多的用法，如果你的系统遇到数据库瓶颈问题，可以考虑使用JBoss Cache来解决。

5、Voldemort – 基于键-值（key-value）的缓存框架

Voldemort是一款基于Java开发的分布式键-值缓存系统，像JBoss Cache一样，Voldemort同样支持多台服务器之间的缓存同步，以增强系统的可靠性和读取性能。

官方网站：http://www.project-voldemort.com/voldemort/

Voldemort的特点

· 缓存数据可以自动在各个服务器节点之间同步复制。

· 每一个服务器的缓存数据被横向分割，因此是总缓存的一个子集。

· 严格保持缓存的一致性。

· 提供服务器宕机快速恢复方案。

· 可配置的数据存储引擎。

· 可配置的数据序列化方式。

· 每一个数据项都有版本标识，用来保证数据的完整性和可用性。

· 每一个缓存节点都是独立的，因此任何一个节点的故障都不会影响系统的正常运行。

Voldemort的配置方式

　　集群配置文件：

<name>mycluster</name>

<zone>

<zone-id>0</zone-id>

<proximity-list>1</proximity-list>

<zone>

<zone-id>1</zone-id>

<proximity-list>0</proximity-list>

<zone>

<host>vldmt1.prod.linkedin.com</host>

<http-port>8081</http-port>

<socket-port>6666</socket-port>

<admin-port>6667</admin-port>

<zone-id>0</zone-id>

</server>

<host>vldmt2.prod.linkedin.com</host>

<http-port>8081</http-port>

<socket-port>6666</socket-port>

<admin-port>6667</admin-port>

<zone-id>1</zone-id>

</server>

</cluster>

数据存储方式配置文件：

<store>

<replication-factor>2</replication-factor>

<preferred-reads>2</preferred-reads>

<required-reads>1</required-reads>

<preferred-writes>2</preferred-writes>

<required-writes>1</required-writes>

<routing>client</routing>

<routing-strategy>consistent-routing</routing-strategy>

<key-serializer>

<type>string</type>

<schema-info>utf8</schema-info>

</key-serializer>

<value-serializer>

<schema-info version="1">[{"id":"int32", "name":"string"}]</schema-info>

</compression>

</value-serializer>

</store>

</stores>

Voldemort的使用示例

value = store.get(key)

store.put(key, value)

store.delete(key)

总结

Voldemort是分布式缓存系统，因此可以应用在中大型的软件项目中，性能方面也都还不错。

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