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Spring in Action(2nd) Cache

 燮羽 2011-01-08

 

緩存


在很多程序里，讀取數(shù)據(jù)的頻率比寫入要高得多。比如RoadRantz，訪問站點來查看帖子的人比張貼帖子的人要多。雖然帖子列表會隨著時間不斷增長，但其增長速度比不上被查看的速度。

更進一步說，RoadRantz所展示的數(shù)據(jù)對于實時性要求并不高。如果用戶在訪問站點時看到了稍微過時一點的帖子列表，并不會產(chǎn)生太多負面影響，他們會稍后再返回站點來查看更新的帖子列表，這樣做并不會有太大問題。

盡管如此，DAO每次收到關(guān)于帖子列表的請求時，都會訪問數(shù)據(jù)庫來獲得最新的數(shù)據(jù)（經(jīng)常會得到與上次請求一樣的數(shù)據(jù)）。

數(shù)據(jù)庫操作通常都是程序性能的最大瓶頸。對于負載很大的程序來說，針對高度優(yōu)化的數(shù)據(jù)源進行的最簡單查詢都可能會產(chǎn)生性能問題。

均衡考慮數(shù)據(jù)變化的頻率以及查詢數(shù)據(jù)庫所付出的性能代價，總是從數(shù)據(jù)庫獲取最新數(shù)據(jù)似乎并不明智，而對頻繁訪問（但不頻繁更新）的數(shù)據(jù)進行緩存則顯得更加合理。

從表面上看，緩存似乎相當(dāng)簡單：在獲取一些信息之后，把它保存到本地（和更便于訪問的）位置，從而便于下次需要時使用。但是，手工實現(xiàn)緩存是很麻煩的。以HibernateRantDao的getRantsForDay()方法為例：
public List<Rant> getRantsForDay(Date day) {
      return getHibernateTemplate().find("from " + RANT +" where postedDate = ?", day);
}

這個方法就非常適合緩存。我們不可能讓時間倒轉(zhuǎn)，到過去的某一天來添加帖子。只要被查詢的不是今天，對其他任意一天進行查詢而返回的帖子列表都是一樣的，也就沒有必要總是對數(shù)據(jù)庫進行操作來返回過去某一天的帖子列表。我們只需查詢數(shù)據(jù)庫一次，然后就可以記住結(jié)果，以備下次查詢時使用。

下面我們來修改getRantsForDay()，使用某種自制形式的緩存：

public List<Rant> getRantsForDay(Date day) {
List<Rant> cachedResult =
rantCache.lookup("getRantsForDay", day);
if(cachedResult != null) {
return cachedResult;
}
cachedResult = getHibernateTemplate().find("from " + RANT +
" where postedDate = ?", day);
rantCache.store("getRantsForDay", day, cachedResult);
return cachedResult
}

這個版本的getRantsForDay()很不好用。這個方法的實際作用是查詢指定日期的帖子，但其中大量代碼都被用于處理緩存了。而且，它還沒有直接處理緩存的一些復(fù)雜情況，比如緩存過期、刷新或溢出。

文本框: 圖5.13　Spring Module緩存模塊攔截對bean方法的調(diào)用，從緩存獲取數(shù)據(jù)來實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)訪問， 以此減少對數(shù)據(jù)庫的實際訪問。幸運的是，Spring程序有一種更優(yōu)雅的緩存解決方案。Spring Modules項目（http://springmodules.dev.）通過切面提供了緩存，它把通知應(yīng)用于Bean方法來透明地對其結(jié)果進行緩存，而不是明確地指定要被緩存的方法。

如圖5.13所示，Spring Modules對于緩存的支持涉及到一個代理，它攔截對Spring管理的Bean的一個或多個方法的調(diào)用。當(dāng)一個被代理的方法被調(diào)用時，Spring Modules Cache首先查閱一個緩存來判斷這個方法是否已經(jīng)被使用同樣參數(shù)調(diào)用過，如果是，它會返回緩存里的值，實際的方法并不會被調(diào)用；否則，實際方法會被調(diào)用，其返回值會被保存到緩存里，以備方法下一次被調(diào)用時使用。

在這一小節(jié)里，我們將使用Spring Modules Cache為RoadRantz的DAO層添加緩存功能，這樣會讓程序具有更好的性能，讓繁忙的數(shù)據(jù)庫輕松一些。

5.7.1  配置緩存方案

雖然Spring Modules會提供一個代理來攔截方法并把結(jié)果保存到緩存，它并沒有提供一個實際的緩存解決方案，而是要依賴于第三方的緩存方案。可以使用的方案有多個，包括：

n    EHCache

n    GigaSpaces

n    JBoss Cache

n    JCS

n    OpenSymphony的OSCache

n    Tangosol的Coherence

我們?yōu)镽oadRantz程序選擇EHCache，主要是因為我以前使用它的經(jīng)驗及能夠從www.ibibio.org的Maven倉庫輕易獲得。無論使用哪個緩存方案，對于Spring Modules Cache的配置基本上都是一樣的。

首先要做的是新建一個Spring配置文件來聲明緩存。雖然可以把Spring Modules Cache配置放到RoadRantz程序加載的任意一個Spring上下文配置文件里，但最好還是把它們分開，所以我們要創(chuàng)建roadrantz-cache.xml來保存緩存的配置。

與Spring上下文配置文件一樣，roadrantz-cache.xml也以<beans>元素為根。但為了利用Spring Modules對EHCache的支持，我們要讓<beans>元素能夠識別ehcache命名空間：

<beans xmlns="http://www./schema/beans"
xmlns:xsi="http://www./2001/XMLSchema-instance"
xmlns:ehcache="http://www./schema/ehcache"
xsi:schemaLocation="http://www./schema/beans
http://www./schema/beans/spring-beans-2.0.xsd
http://www./schema/ehcache
http://www./schema/cache/
springmodules-ehcache.xsd">
…
</beans>

我們?yōu)镽oadRantz程序選擇的是EHCache，如果想使用其他緩存方案，需要把Spring Modules命名究竟和規(guī)劃聲明修改為相應(yīng)的內(nèi)容。表5.6列出了每個命名空間及其URI和規(guī)劃URI。

表5.6                   Spring Modules所支持的緩存方案的命名空間及規(guī)劃

 
命 名 空 間

命名空間URI

規(guī)劃URI

ehcache

http://www./schema/ehcache

http://www./schema/cache/springmodules- ehcache.xsd

gigaspaces

http://www./ schema/gigaspaces

http://www./schema/cache/springmodules- gigaspaces.xsd

jboss

http://www./ schema/jboss

http://www./schema/cache/springmodules- jboss.xsd

jcs

http://www./ schema/jcs

http://www./schema/cache/springmodules-jcs.xsd

oscache

http://www./schema/oscache

http://www./schema/cache/springmodules- oscache.xsd

tangosol

http://www./schema/tangosol

http://www./schema/cache/springmodules- tangosol.xsd
無論選擇哪種緩存，都可以使用一些Spring配置元素在Spring里對緩存進行配置。表5.7列出了這些元素。

表5.7                                         Spring Modules的配置元素

 

配 置 元 素

用    途

<namespace:annotations>

以Java 5注解來聲明被緩存的方法

<namespace:commons-attributes>

以Jakarta通用屬性元素數(shù)據(jù)來聲明被緩存的方法

<namespace:config>

在Spring XML里配置緩存方案

<namespace:proxy>

在Spring XML里聲明一個代理來聲明被緩存的方法

在使用EHCache作為緩存方案時，需要告訴Spring到哪里尋找EHCache配置文件[5]，這正是<ehcache:config>元素的用途所在：

<ehcache:config configLocation="classpath:ehcache.xml" />

在此對configLocation屬性的設(shè)置告訴Spring從程序類路徑的根位置加載EHCache的配置。

配置EHCache

我們已經(jīng)配置了ehcache.xml文件，如程序清單5.12所示。

　程序清單5.12　在ehcache.xml里配置EHCache。

在這段代碼里，我們配置了兩個緩存讓EHCache進行管理。<defulatCache>元素是必須有的，描述了在沒有找到其他緩存情況下所使用的緩存。<cache>元素定義了另一個緩存，可以在ehcache.xml里出現(xiàn)0次或多次（每次針對定義的一個緩存）。在此，我們只定義了rantzCache作為惟一的非默認緩存。

<defaultCache>和<cache>里指定的屬性描述了緩存的行為。表5.8列出在配置EHCache緩存時可以使用的屬性。

表5.8                                          EHCache的緩存配置屬性

 

屬    性

用 于 指 定

diskExpiryThreadIntervalSeconds

磁盤過期線程運行的頻率（以秒為單位），也就是磁盤存留的緩存清理過期項目的頻率（默認是120秒）。

diskPersistent

磁盤緩存在VM重新啟動時是否保持（默認為false）。

eternal

元素是否永恒。如果是永恒的，就永遠不會過期（必須設(shè)置）。

maxElementsInMemory

內(nèi)存能夠被緩存的最大元素數(shù)量（必須設(shè)置）。

memoryStoreEvictionPolicy

當(dāng)達到maxElementsInMemory時，如何強制進行驅(qū)逐。默認使用“最近使用（LRU）”策略，還可以使用“先入先出（FIFO）”和“較少使用（LFU）”策略。（默認是LRU。）

name

緩存的名稱。（對于<cache>必須設(shè)置。）

overflowToDisk

當(dāng)內(nèi)存緩存達到maxElementsInMemory時，是否可以溢出到磁盤。（必須設(shè)置。）

timeToIdleSeconds

導(dǎo)致元素過期的訪問間隔（以秒為單位）。設(shè)置為0表示元素可以永遠空閑。（默認值是0。）

timeToLiveSeconds

元素在緩存里可以存在的時間（以秒為單位）。設(shè)置為0表示元素可以在緩存里永遠存在而不過期。（默認值是0。）

對于RoadRantz程序，我們配置了一個默認緩存（這是EHCache要求的），還配置了一個名為rantzCache的緩存作為主緩存。兩個緩存都設(shè)置為最多可以容納500個元素（不過期），訪問頻率最低的元素會被踢出，不允許磁盤溢出[6]。

在Spring程序上下文里配置的EHCache之后，就可以聲明哪個Bean和方法應(yīng)該對結(jié)果進行緩存。首先，我們來聲明一個代理來緩存RoadRantz DAO層里方法的返回值。

5.7.2  緩存的代理Bean

我們已經(jīng)知道HibernateRantDao里的getRantsForDay()方法很適合進行緩存。再回到Spring上下文定義，我們要使用<ehcache:proxy>元素把一個代理包裹到HibernateRantDao，從而緩存從getRantsForDay()返回的全部內(nèi)容：

<ehcache:proxy id="rantDao" refId="rantDaoTarget">
           <ehcache:caching methodName="getRantsForDay" cacheName="rantzCache" />
     </ehcache:proxy>

<ehcache:caching>元素聲明哪個方法要被攔截、其返回值要保存到哪個緩存。本例中，methodName被設(shè)置為getRantsForDay()，要使用的緩存是rantzCache。

我們可以根據(jù)需要在<ehcache:proxy>里聲明多個<ehcache:cacing>來描述Bean方法的緩存。我們可以讓一個<ehcache:caching>用于所有被緩存的方法，也可以使用通配符為一個<ehcache:caching>元素指定多個方法。比如下面的<ehcache:caching>元素會代理緩存全部名稱由get開頭的方法：

<ehcache:caching methodName="get*" cacheName="rantzCache" />

把數(shù)據(jù)放到緩存里只完成了一半的工作。在經(jīng)過一段時間之后，緩存里一定會包含大量數(shù)據(jù)，其中很多已經(jīng)沒有意義了。最后，這些數(shù)據(jù)應(yīng)該被清出緩存，數(shù)據(jù)緩存周期重新開始。下面我們來看一看如何在方法調(diào)用時刷新緩存。

刷新緩存

<ehcache:caching>元素聲明的是要向緩存中添加數(shù)據(jù)的方法，而<ehcache:flushing>元素聲明了會清空緩存的方法。舉例來說，假設(shè)我們想在saveRant()方法被調(diào)用時清空rantzCache緩存，那么就應(yīng)該使用如下的<ehcache:flushing>元素：

<ehcache:flushing methodName="saveRant" cacheName="rantzCache" />

在默認情況下，cacheName屬性里指定的緩存會在methodName被調(diào)用之后清空，但利用when屬性可以指定清空的時機：

<ehcache:flushing methodName="saveRant" cacheName="rantzCache" when="before" />

把when屬性設(shè)置為before可以讓緩存在saveRant()被調(diào)用之前清空。

聲明一個被代理的內(nèi)部Bean

注意<ehcache:proxy>的id和refId屬性。由<ehcache:proxy>生成的代理的id是rantDao，然而這是HibernateRantDao Bean的id，因此，我們需要把這個真正的Bean重命名為rantDaoTarget（由refId屬性指定）。（這與傳統(tǒng)Spring AOP代理及其目標(biāo)的命名方式是一樣的，詳情請見4.2.3小節(jié)。）

如果覺得id/refId組合有些奇怪，我們還可以把目標(biāo)Bean聲明為<ehcache:proxy>的內(nèi)部Bean。舉例來說，下面就是把HibernateRantDao配置為一個內(nèi)部Bean的<ehcache:proxy>：

<ehcache:proxy id="rantDao">
          <bean class="com.roadrantz.dao.HibernateRantDao">
             <property name="sessionFactory" ref="sessionFactory" />
          </bean>
          <ehcache:caching methodName="getRantsForDay" cacheName="rantzCache" />
     </ehcache:proxy>

即使使用了內(nèi)部Bean，我們?nèi)匀恍枰獮槊總€要代理的Bean聲明一個<ehcache:proxy>元素，為方法聲明一個或多個<ehcache:caching>元素。對于簡單程序來說，這樣做不會有什么問題，但隨著代理緩存Bean和方法的數(shù)量不斷增加，這將意味著Spring配置里越來越多的XML。

如果對內(nèi)部Bean的方法仍然感到不快，或是需要代理多個要緩存的Bean，我們可以考慮使用Spring Modules對注解聲明緩存的支持。接下來，讓我們忘記<ehcache:proxy>，看一看Spring Modules如何支持注解驅(qū)動的緩存。

5.7.3  注解驅(qū)動的緩存

除了前面介紹的基于XML的緩存配置，Spring Modules還支持使用代碼級元數(shù)據(jù)聲明緩存。這種支持有兩種形式：

    Java 5注解：如果目標(biāo)環(huán)境是Java 5平臺，這就是很理想的解決方案。

    Jakarta公共屬性：如果目標(biāo)環(huán)境是Java 5以前的平臺，就應(yīng)該選擇它。

對于RoadRantz程序來說，其目標(biāo)環(huán)境是Java 5，所以我們要使用Java 5注解來聲明DAO層的緩存。對于緩存，Spring Modules提供了兩個注解：

    @Cacheable：聲明一個方法的返回值應(yīng)該被緩存。

    @CacheFlush：聲明一個方法是清空緩存的觸發(fā)器。

利用@Cacheable注解，我們可以像下面這樣把getRantsForDay()聲明為要被緩存的：

@Cacheable(modelId="rantzCacheModel")
        public List<Rant> getRantsForDay(Date day) {
        return getHibernateTemplate().find("from " + RANT +
        " where postedDate = ?", day);
     }

modelId屬性指定用于緩存方法返回值的模型，稍后我們介紹說明如何定義緩存模型，現(xiàn)在先來看一看如何使用@CacheFlush來指定saveRant()被調(diào)用時的緩存清空操作：

@CacheFlush(modelId="rantzFlushModel")
     public void saveRant(Rant rant) {
            getHibernateTemplate().saveOrUpdate(rant);
     }

modelId屬性指定的刷新模型會在saveRant()方法被調(diào)用時被清空。

既然說到緩存模型和刷新模型，那么它們是從何而來的呢？<ehcache:annotateions>元素被用于啟動Spring Modules對注解的支持，我們會在roadrantzcache.xml文件里像下面這樣配置它：

<ehcache:annotations>
        <ehcache:caching id="rantzCacheModel"  cacheName="rantzCache" />
    </ehcache:annotations>

在<ehcache:annotateions>元素里，必須配置至少一個<ehcache:caching>元素，它就定義了一個緩存模型。簡單來說，緩存模型基本上就是對ehcache.xml里配置的一個緩存的引用。本例中，我們把rantzCacheModel與名為rantzCache的緩存關(guān)聯(lián)起來，這樣一來，任何modelId是rantzCacheModel的@Cacheable都會使用名為rantzCache的緩存。

刷新模型與緩存模型相當(dāng)類似，只是它引用的是要被刷新的緩存。下面使用<ehcache:flushing>元素創(chuàng)建一個名為rantzFlushModel的刷新模型：

<ehcache:annotations>
           <ehcache:caching id="rantzCacheModel" cacheName="rantzCache" />
           <ehcache:flushing id="rantzFlushModel" cacheName="rantzCache" />
    </ehcache:annotations>

設(shè)置緩存模型與刷新模型的不同之處在于，刷新模型不僅決定要清空哪個緩存，還決定了何時清空。在默認情況下，緩存是在@CacheFlush注解的方法被調(diào)用之后清空的，但我們可以通過指定<ehcache:flushing>的when屬性來改變：

<ehcache:annotations>
            <ehcache:caching id="rantzCacheModel" cacheName="rantzCache" />
            <ehcache:flushing id="rantzFlushModel" cacheName="rantzCache" when="before" />
     </ehcache:annotations>

把when屬性設(shè)置為before之后，緩存就會@CacheFlush注解的方法被調(diào)用之前清空。

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