本地缓存Ehcache的应用实践 | 京东云技术团队

java本地缓存包含多个框架，其中常用的包括：Caffeine、Guava Cache和Ehcache，其中Caffeine号称本地缓存之王，也是近年来被众多程序员推崇的缓存框架，同时也是SpringBoot内置的本地缓存实现。但是除了Caffeine之外，还有一款也不错的本地缓存框架Ehcache，具有快速、灵活，并支持内存和磁盘缓存，且提供了丰富的配置选项和缓存策略，接下来一起了解下Ehcache。

一、Ehcache是什么

Ehcache是一个开源的Java本地缓存框架，它提供了快速、灵活的缓存解决方案。Ehcache支持内存和磁盘缓存，并且可以与各种Java应用程序集成，包括基于Spring框架的应用程序。它提供了丰富的配置选项和缓存策略，可以帮助开发人员提高应用程序的性能和响应速度。Ehcache还支持分布式缓存，可以与其他缓存系统集成，如Terracotta集群。

二、Ehcache特点

1、 分层存储：

堆内存储： 利用 Java 的堆上 RAM 内存来存储缓存数据。该层使用与 Java 应用程序相同的堆内存，所有这些内存由 JVM 垃圾收集器扫描（GC）。JVM 使用的堆空间越多，垃圾收集暂停对应用程序性能的影响就越大。该存储速度非常快，但通常资源有限。

堆外存储： 大小受可用 RAM 的限制。不受 Java 垃圾收集 (GC) 的影响。速度相当快，但比堆上存储慢，因为在存储和重新访问数据时必须将数据移入和移出 JVM 堆。

磁盘存储： 利用磁盘（文件系统）来存储缓存数据。这种类型的存储资源通常非常丰富，但比基于 RAM 的存储慢一些。对于所有使用磁盘存储的应用程序，建议使用快速且专用的SSD磁盘来优化吞吐量。

集群存储（分布式）： 此数据存储是远程服务器上的缓存。由于网络延迟以及建立客户端/服务器一致性等因素，集群存储会带来额外的性能损耗，性能上会更低一些。

2、 灵活有效期：

没有期限：缓存映射在应用存在下永远不会过期；

生存周期：缓存映射将在创建后的固定时间后过期；

空闲时间：缓存映射将在上次访问后的固定持续时间后过期；

定制有效期：通过重载ExpiryPolicy接口实现个性化的过期判断；

接口如下：

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返回值定义：

Duration.ZERO：表示立即过期

Duration.INFINITE：映射永远不会过期

Duration.设置具体时间：设置对应的时间后过期

Duration.设置时间周期：设置对应的周期后过期

Duration设置null：之前的过期时间保持不变

3、淘汰策略

LFU：访问频率值小的缓存淘汰。

LRU：基于最近访问时间来进行淘汰。

FIFO：数据项最早进入缓存的时间来进行淘汰。

三、缓存原理

以三层为例：堆内存，堆外存储，本地磁盘存储。

架构图：

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说明：cache-manager、cache、element为Ehcache本地缓存的核心，通过数据写入的事务操作保证个层间的一致性。同时基于存储变更监听程序，针对变更的数据以及满足淘汰策略数据进行清理，亦或持久化至本地磁盘；

流程图（基于源码整理）：

待补充

四、实际应用

1、pom引入：

<dependency>    
  <groupId>org.ehcache</groupId>    
  <artifactId>ehcache</artifactId>    
  <version>3.10.0</version>
</dependency>
<dependency>    
  <groupId>javax.cache</groupId>    
  <artifactId>cache-api</artifactId>
</dependency>

2、创建实例：

    /*************************** 1.纯内存操作 *****************************/
    // 1.1 创建缓存 preConfigured 基于 内存
    CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
            .withCache("preConfigured",
                    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class, ResourcePoolsBuilder.heap(10)))
            .build(true);

    // 1.2 获取缓存实例
    Cache<Long, String> preConfigured = cacheManager.getCache("preConfigured", Long.class, String.class);

    /*************************** 2.新增实例 *****************************/
    // 2.1 创建新的实例 并获取实例
    Cache<Long, String> myCache = cacheManager.createCache("myCache",
            CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class, ResourcePoolsBuilder.heap(10)));

    /*************************** 3.三层存储-持久化磁盘 *****************************/
    // 3.1 创建缓存 myData 基于 内存->堆外存储->本地磁盘
    PersistentCacheManager persistentCacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
            .with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("/home/export/App/conf/", "myData")))
            .withCache("threeTieredCache",
                    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class,
                            ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder()
                                    .heap(10, EntryUnit.ENTRIES)
                                    .offheap(1, MemoryUnit.MB)
                                    .disk(20, MemoryUnit.MB, true)
                    )
            ).build(true);

    // 3.2 获取存储实例 threeTieredCache
    Cache<Long, String> threeTieredCache = persistentCacheManager.getCache("threeTieredCache", Long.class, String.class);

    /*************************** 4.一个manager管理多个缓存 - 持久化磁盘 *****************************/
    // 4.1 一个实例管理多个缓存 并且每个缓存都可持久化到本地磁盘
    PersistentCacheManager persistentCacheManager1 = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
            .with(CacheManagerBuilder.persistence(
                    new File("/path/to/persistent/directory1").getAbsoluteFile()))
            .withCache("cache1",
                    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class,
                            ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder()
                                    .heap(10, EntryUnit.ENTRIES)
                                    .offheap(1, MemoryUnit.MB)
                                    .disk(20, MemoryUnit.MB, true)
                    )
            )
            .with(CacheManagerBuilder.persistence(
                    new File("/path/to/persistent/directory2").getAbsoluteFile()))
            .withCache("cache2",
                    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(String.class, Integer.class,
                            ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder()
                                    .heap(20, EntryUnit.ENTRIES)
                                    .offheap(2, MemoryUnit.MB)
                                    .disk(30, MemoryUnit.MB, true)
                    )
            )
            .build(true);

说明：

a. 上述常见缓存实例的方法有多个，其中第一种为纯内存操作，第三种为三层存储并持久化磁盘实例，下面以第三种方式进行测试验证；

日常应用可以进行组合使用，例如：

•堆内存 + 堆外存储 + 本地磁盘

•堆内存 + 堆外存储

•堆内存 + 本地磁盘

b. 如果选择本地磁盘存储(系统退出前需要使用persistentCacheManager.close();释放资源，方可保证磁盘数据准确），后续系统重启后会加载磁盘内数据至缓存中，使得缓存在有效期内依然有效，可减少应用启动对后端DB的压力；

3、用例

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4、结果：

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持久化磁盘：

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5、结论：

缓存+磁盘测试OK；

有效期数据，失效后不返回；

系统重启加载磁盘数据正常；

👉其他说明：

Ehcache可结合Terracotta插件实现分布式存储，对该部分感兴趣的同学可一起探讨。但是对于线上系统而言，若需分布式存储，建议直接使用redis。Ehcache的分布式实现并不可靠，核心还是采用广播集群方式，实现数据的同步及更新，并且性能受机器IO，磁盘，网络等影响，在实际应用情况下，不会比redis更好。

6、以下为完成测试代码

package com.jx.jxreserve.groupbuy.manager;

import com.jd.flash.commons.exception.BaseBusinessException;
import com.jx.jxreserve.groupbuy.common.enums.ErrorCode;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.ehcache.Cache;
import org.ehcache.CacheManager;
import org.ehcache.PersistentCacheManager;
import org.ehcache.config.builders.CacheConfigurationBuilder;
import org.ehcache.config.builders.CacheManagerBuilder;
import org.ehcache.config.builders.ExpiryPolicyBuilder;
import org.ehcache.config.builders.ResourcePoolsBuilder;
import org.ehcache.config.units.EntryUnit;
import org.ehcache.config.units.MemoryUnit;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.io.File;
import java.time.Duration;

import static org.ehcache.Status.AVAILABLE;

/**
 * @author zhangpengfei9
 * @version V1.0
 * Ehcache的测试管理类
 */
@Slf4j
@Component
public class EhcacheTestManager {

    /*************************** 1.纯内存操作 *****************************/
    // 1.1 创建缓存 preConfigured 基于 内存
    CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
            .withCache("preConfigured",
                    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class, ResourcePoolsBuilder.heap(10)))
            .build(true);

    // 1.2 获取缓存实例
    Cache<Long, String> preConfigured = cacheManager.getCache("preConfigured", Long.class, String.class);

    /*************************** 2.新增实例 *****************************/
    // 2.1 创建新的实例 并获取实例
    Cache<Long, String> myCache = cacheManager.createCache("myCache",
            CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class, ResourcePoolsBuilder.heap(10)));

    /*************************** 3.三层存储 *****************************/
    // 3.1 创建缓存 myData 基于 内存->堆外存储->本地磁盘
    PersistentCacheManager persistentCacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
            .with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("/home/export/App/conf/", "groupData")))
            .withCache("testDiskCache",
                    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class,
                                    ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder()
                                            .heap(10, EntryUnit.ENTRIES)
                                            .offheap(1, MemoryUnit.MB)
                                            .disk(20, MemoryUnit.MB, true)
                            )
                            .withExpiry(ExpiryPolicyBuilder.timeToLiveExpiration(Duration.ofSeconds(600))) // 设置缓存有效期
            ).build(true);


    /*************************** 4.多个缓存 - 三层存储 *****************************/
    // 4.1 一个实例管理多个缓存 并且每个缓存都可持久化到本地磁盘
    PersistentCacheManager persistentCacheManager1 = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
            .with(CacheManagerBuilder.persistence(
                    new File("/home/export/App/conf/").getAbsoluteFile()))
            .withCache("cache1",
                    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class,
                            ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder()
                                    .heap(10, EntryUnit.ENTRIES)
                                    .offheap(1, MemoryUnit.MB)
                                    .disk(20, MemoryUnit.MB, true)
                    )
            )
            .with(CacheManagerBuilder.persistence(
                    new File("/home/export/App/conf/").getAbsoluteFile()))
            .withCache("cache2",
                    CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(String.class, Integer.class,
                            ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder()
                                    .heap(20, EntryUnit.ENTRIES)
                                    .offheap(2, MemoryUnit.MB)
                                    .disk(30, MemoryUnit.MB, true)
                    )
            )
            .build(true);

    /**
     * 设置缓存
     */
    public void setEhCache(Long key, String values) throws BaseBusinessException {
        try {
            // 获取存储实例 threeTieredCache
            log.info("setEhCache.value:{},{}", values, key);
            Cache<Long, String> testDiskCache = getManagerCache("testDiskCache");

            testDiskCache.put(key, values);


        } catch (Exception e) {
            log.error("setEhCache failure! Exception:", e);
            throw new BaseBusinessException(ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getCode(), ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getMessage());
        }
    }

    /**
     * 查询缓存
     */
    public String getEhCache(Long key) throws BaseBusinessException {
        try {
            // 获取存储实例 threeTieredCache
            log.info("getEhCache.key:{}", key);
            Cache<Long, String> testDiskCache = getManagerCache("testDiskCache");
            return testDiskCache.get(key);


        } catch (Exception e) {
            log.error("setEhCache failure! Exception:", e);
            throw new BaseBusinessException(ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getCode(), ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getMessage());
        }
    }

    /**
     * 设置缓存
     */
    public void closeEhCache() throws BaseBusinessException {
        try {
            // 获取存储实例 threeTieredCache
            log.info("closeEhCache.persistentCacheManager.close1:{}", persistentCacheManager.getStatus());
            persistentCacheManager.close();
            log.info("closeEhCache.persistentCacheManager.close2:{}", persistentCacheManager.getStatus());
        } catch (Exception e) {
            log.error("setEhCache failure! Exception:", e);
            throw new BaseBusinessException(ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getCode(), ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getMessage());
        }
    }

    private Cache<Long, String> getManagerCache(String cache) {
        // 3.1 创建缓存 myData 基于 内存->堆外存储->本地磁盘
        log.info("persistentCacheManager.getStatus():{}", persistentCacheManager.getStatus());
        if (AVAILABLE != persistentCacheManager.getStatus()) {
            persistentCacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
                    .with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("/home/export/App/conf/", "groupData")))
                    .withCache("testDiskCache",
                            CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class,
                                    ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder()
                                            .heap(10, EntryUnit.ENTRIES)
                                            .offheap(1, MemoryUnit.MB)
                                            .disk(20, MemoryUnit.MB, true)
                            )
                    ).build(true);
            log.info("persistentCacheManager.getStatus1:{}", persistentCacheManager.getStatus());
        }

        Cache<Long, String> testDiskCache = persistentCacheManager.getCache(cache, Long.class, String.class);
        return testDiskCache;
    }
}

作者：京东零售张鹏飞

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