Java基础之可设置过期时间的map

一、技术背景

在实际的项目开发中，我们经常会使用到缓存中间件（如redis、MemCache等）来帮助我们提高系统的可用性和健壮性。

但是很多时候如果项目比较简单，就没有必要为了使用缓存而专门引入Redis等等中间件来加重系统的复杂性。那么Java本身有没有好用的轻量级的缓存组件呢。

答案当然是有喽，而且方法不止一种。常见的解决方法有：ExpiringMap、LoadingCache及基于HashMap的封装三种。

二、技术效果

实现缓存的常见功能，如过时删除策略
热点数据预热

三、ExpiringMap

3.1 功能简介

可设置Map中的Entry在一段时间后自动过期。
可设置Map最大容纳值，当到达Maximum size后，再次插入值会导致Map中的第一个值过期。
可添加监听事件，在监听到Entry过期时调度监听函数。
可以设置懒加载，在调用get()方法时创建对象。

3.2 源码

github地址

3.3 示例

添加依赖（Maven）

<dependency> 
    <groupId>net.jodah</groupId> 
    <artifactId>expiringmap</artifactId> 
    <version>0.5.8</version> 
</dependency>

示例源码

public class ExpiringMapApp {

	public static void main(String[] args) {
		// maxSize: 设置最大值,添加第11个entry时，会导致第1个立马过期(即使没到过期时间)
		// expiration：设置每个key有效时间10s, 如果key不设置过期时间，key永久有效。
		// variableExpiration: 允许更新过期时间值,如果不设置variableExpiration，不允许后面更改过期时间,一旦执行更改过期时间操作会抛异常UnsupportedOperationException
		// policy:
		//        CREATED: 只在put和replace方法清零过期时间
		//        ACCESSED: 在CREATED策略基础上增加, 在还没过期时get方法清零过期时间。
		//        清零过期时间也就是重置过期时间，重新计算过期时间.
		ExpiringMap<String, String> map = ExpiringMap.builder()
			.maxSize(10)
			.expiration(10, TimeUnit.SECONDS)
			.variableExpiration().expirationPolicy(ExpirationPolicy.CREATED).build();

		map.put("token", "lkj2412lj1412412nmlkjl2n34l23n4");
		map.put("name", "管理员", 20000, TimeUnit.SECONDS);

		// 模拟线程等待...
		try {
			Thread.sleep(15000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}

		System.out.println("token ===> " + map.get("token"));
		System.out.println("name ===> " + map.get("name"));

		// 注意： 在创建map时，指定的那些参数如过期时间和过期策略都是全局的, 对map中添加的每一个entry都适用.
		//        在put一个entry键值对时可以对当前entry 单独设置 过期时间、过期策略,只对当前这个entry有效.
	}
}

运行结果

token ===> null
name ===> 管理员

注意

在创建map时，指定的那些参数如过期时间和过期策略都是全局的, 对map中添加的每一个entry都适用。
在put一个entry键值对时可以对当前entry 单独设置过期时间、过期策略,只对当前这个entry有效.

四、LoadingCache

4.1 功能简介

Google开源出来的一个线程安全的本地缓存解决方案。

特点：提供缓存回收机制，监控缓存加载/命中情况，灵活强大的功能，简单易上手的api。

4.2 示例

源码

public class LoadingCacheApp {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// maximumSize: 缓存池大小，在缓存项接近该大小时， Guava开始回收旧的缓存项
		// expireAfterAccess: 设置时间对象没有被读/写访问则对象从内存中删除(在另外的线程里面不定期维护)
		// removalListener: 移除监听器,缓存项被移除时会触发的钩子
		// recordStats: 开启Guava Cache的统计功能
		LoadingCache<String, String> cache = CacheBuilder.newBuilder()
			.maximumSize(100)
			.expireAfterAccess(10, TimeUnit.SECONDS)
			.removalListener(new RemovalListener<String, String>() {
				@Override
				public void onRemoval(RemovalNotification<String, String> removalNotification) {
					System.out.println("过时删除的钩子触发了... key ===> " + removalNotification.getKey());
				}
			})
			.recordStats()
			.build(new CacheLoader<String, String>() {
				// 处理缓存键不存在缓存值时的处理逻辑
				@Override
				public String load(String key) throws Exception {
					return "不存在的key";
				}
			});

		cache.put("name", "小明");
		cache.put("pwd", "112345");

		// 模拟线程等待...
		try {
			Thread.sleep(15000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}

		System.out.println("token ===> " + cache.get("name"));
		System.out.println("name ===> " + cache.get("pwd"));
	}
}

运行结果

过时删除的钩子触发了... key ===> name
token ===> 不存在的key
过时删除的钩子触发了... key ===> pwd
name ===> 不存在的key

4.3 移除机制

guava做cache时候数据的移除分为被动移除和主动移除两种。

被动移除

基于大小的移除：数量达到指定大小，会把不常用的键值移除
基于时间的移除：expireAfterAccess(long, TimeUnit) 根据某个键值对最后一次访问之后多少时间后移除。expireAfterWrite(long, TimeUnit) 根据某个键值对被创建或值被替换后多少时间移除
基于引用的移除：主要是基于java的垃圾回收机制，根据键或者值的引用关系决定移除

主动移除

单独移除：Cache.invalidate(key)
批量移除：Cache.invalidateAll(keys)
移除所有：Cache.invalidateAll()

如果配置了移除监听器RemovalListener，则在所有移除的动作时会同步执行该listener下的逻辑。

如需改成异步，使用：RemovalListeners.asynchronous(RemovalListener, Executor).

4.4 其他

在put操作之前，如果已经有该键值，会先触发removalListener移除监听器，再添加
配置了expireAfterAccess和expireAfterWrite，但在指定时间后没有被移除。
删除策略逻辑：

CacheBuilder构建的缓存不会在特定时间自动执行清理和回收工作，也不会在某个缓存项过期后马上清理，它不会启动一个线程来进行缓存维护，因为首先线程相对较重，其次某些环境限制线程的创建。

它会在写操作时顺带做少量的维护工作，或者偶尔在读操作时做。当然，也可以创建自己的维护线程，以固定的时间间隔调用Cache.cleanUp()。

五、HashMap的封装

我们可以参考上面两个工具包的思路，自己封装一个可以设置过时时间的HashMap来实现我们想要的效果。

瘦子没有夏天博客专家

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