面试官：你是如何使用JDK来实现自己的缓存（支持高并发）？

需求分析

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项目中经常会遇到这种场景：一份数据需要在多处共享，有些数据还有时效性，过期自动失效。比如手机验证码，发送之后需要缓存起来，然后处于安全性考虑，一般还要设置有效期，到期自动失效。我们怎么实现这样的功能呢？

解决方案

  1.  使用现有的缓存技术框架，比如redis,ehcache。优点：成熟，稳定，功能强大；缺点，项目需要引入对应的框架，不够轻量。
  2.  如果不考虑分布式，只是在单线程或者多线程间作数据缓存，其实完全可以自己手写一个缓存工具。下面就来简单实现一个这样的工具。

先上代码： 

 
 
 
    
  
  
  
  1. import java.util.HashMap;  
    2. 
  
  
  
  2. import java.util.Map;  
    3. 
  
  
  
  3. import java.util.concurrent.*;  
    4. 
  
  
  
  4. /**  
    5. 
  
  
  
  5.  * @Author: lixk  
    6. 
  
  
  
  6.  * @Date: 2018/5/9 15:03  
    7. 
  
  
  
  7.  * @Description: 简单的内存缓存工具类  
    8. 
  
  
  
  8.  */  
    9. 
  
  
  
  9. public class Cache {  
    10. 
  
  
  
  10.  //键值对集合  
    11. 
  
  
  
  11.  private final static Map map = new HashMap<>();  
    12. 
  
  
  
  12.  //定时器线程池，用于清除过期缓存  
    13. 
  
  
  
  13.  private final static ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();  
    14. 
  
  
  
  14.  /**  
    15. 
  
  
  
  15.  * 添加缓存  
    16. 
  
  
  
  16.  *  
    17. 
  
  
  
  17.  * @param key 键  
    18. 
  
  
  
  18.  * @param data 值  
    19. 
  
  
  
  19.  */  
    20. 
  
  
  
  20.  public synchronized static void put(String key, Object data) {  
    21. 
  
  
  
  21.  Cache.put(key, data, 0);  
    22. 
  
  
  
  22.  }  
    23. 
  
  
  
  23.  /**  
    24. 
  
  
  
  24.  * 添加缓存  
    25. 
  
  
  
  25.  *  
    26. 
  
  
  
  26.  * @param key 键  
    27. 
  
  
  
  27.  * @param data 值  
    28. 
  
  
  
  28.  * @param expire 过期时间，单位：毫秒， 0表示***长  
    29. 
  
  
  
  29.  */  
    30. 
  
  
  
  30.  public synchronized static void put(String key, Object data, long expire) {  
    31. 
  
  
  
  31.  //清除原键值对  
    32. 
  
  
  
  32.  Cache.remove(key);  
    33. 
  
  
  
  33.  //设置过期时间  
    34. 
  
  
  
  34.  if (expire > 0) {  
    35. 
  
  
  
  35.  Future future = executor.schedule(new Runnable() {  
    36. 
  
  
  
  36.  @Override  
    37. 
  
  
  
  37.  public void run() {  
    38. 
  
  
  
  38.  //过期后清除该键值对  
    39. 
  
  
  
  39.  synchronized (Cache.class) {  
    40. 
  
  
  
  40.  map.remove(key);  
    41. 
  
  
  
  41.  }  
    42. 
  
  
  
  42.  }  
    43. 
  
  
  
  43.  }, expire, TimeUnit.MILLISECONDS);  
    44. 
  
  
  
  44.  map.put(key, new Entity(data, future));  
    45. 
  
  
  
  45.  } else {  
    46. 
  
  
  
  46.  //不设置过期时间  
    47. 
  
  
  
  47.  map.put(key, new Entity(data, null));  
    48. 
  
  
  
  48.  }  
    49. 
  
  
  
  49.  }  
    50. 
  
  
  
  50.  /**  
    51. 
  
  
  
  51.  * 读取缓存  
    52. 
  
  
  
  52.  *  
    53. 
  
  
  
  53.  * @param key 键  
    54. 
  
  
  
  54.  * @return  
    55. 
  
  
  
  55.  */  
    56. 
  
  
  
  56.  public synchronized static Object get(String key) {  
    57. 
  
  
  
  57.  Entity entity = map.get(key);  
    58. 
  
  
  
  58.  return entity == null ? null : entity.getValue();  
    59. 
  
  
  
  59.  }  
    60. 
  
  
  
  60.  /**  
    61. 
  
  
  
  61.  * 读取缓存  
    62. 
  
  
  
  62.  *  
    63. 
  
  
  
  63.  * @param key 键  
    64. 
  
  
  
  64.  * * @param clazz 值类型  
    65. 
  
  
  
  65.  * @return  
    66. 
  
  
  
  66.  */  
    67. 
  
  
  
  67.  public synchronized static  T get(String key, Class clazz) {  
    68. 
  
  
  
  68.  return clazz.cast(Cache.get(key));  
    69. 
  
  
  
  69.  }  
    70. 
  
  
  
  70.  /**  
    71. 
  
  
  
  71.  * 清除缓存  
    72. 
  
  
  
  72.  *  
    73. 
  
  
  
  73.  * @param key  
    74. 
  
  
  
  74.  * @return  
    75. 
  
  
  
  75.  */  
    76. 
  
  
  
  76.  public synchronized static Object remove(String key) {  
    77. 
  
  
  
  77.  //清除原缓存数据  
    78. 
  
  
  
  78.  Entity entity = map.remove(key);  
    79. 
  
  
  
  79.  if (entity == null) return null;  
    80. 
  
  
  
  80.  //清除原键值对定时器  
    81. 
  
  
  
  81.  Future future = entity.getFuture();  
    82. 
  
  
  
  82.  if (future != null) future.cancel(true);  
    83. 
  
  
  
  83.  return entity.getValue();  
    84. 
  
  
  
  84.  }  
    85. 
  
  
  
  85.  /**  
    86. 
  
  
  
  86.  * 查询当前缓存的键值对数量  
    87. 
  
  
  
  87.  *  
    88. 
  
  
  
  88.  * @return  
    89. 
  
  
  
  89.  */  
    90. 
  
  
  
  90.  public synchronized static int size() {  
    91. 
  
  
  
  91.  return map.size();  
    92. 
  
  
  
  92.  }  
    93. 
  
  
  
  93.  /**  
    94. 
  
  
  
  94.  * 缓存实体类  
    95. 
  
  
  
  95.  */  
    96. 
  
  
  
  96.  private static class Entity {  
    97. 
  
  
  
  97.  //键值对的value  
    98. 
  
  
  
  98.  private Object value;  
    99. 
  
  
  
  99.  //定时器Future   
    100. 
  
  
  
  100.  private Future future;  
    101. 
  
  
  
  101.  public Entity(Object value, Future future) {  
    102. 
  
  
  
  102.  this.value = value;  
    103. 
  
  
  
  103.  this.future = future;  
    104. 
  
  
  
  104.  }  
    105. 
  
  
  
  105.  /**  
    106. 
  
  
  
  106.  * 获取值  
    107. 
  
  
  
  107.  *  
    108. 
  
  
  
  108.  * @return  
    109. 
  
  
  
  109.  */  
    110. 
  
  
  
  110.  public Object getValue() {  
    111. 
  
  
  
  111.  return value;  
    112. 
  
  
  
  112.  }  
    113. 
  
  
  
  113.  /**  
    114. 
  
  
  
  114.  * 获取Future对象  
    115. 
  
  
  
  115.  *  
    116. 
  
  
  
  116.  * @return  
    117. 
  
  
  
  117.  */  
    118. 
  
  
  
  118.  public Future getFuture() {  
    119. 
  
  
  
  119.  return future;  
    120. 
  
  
  
  120.  }  
    121. 
  
  
  
  121.  }  
    122. 
  
  
  
  122. } 
    123.

本工具类主要采用 HashMap+定时器线程池 实现，map 用于存储键值对数据，map的value是 Cache 的内部类对象 Entity，Entity 包含 value 和该键值对的生命周期定时器 Future。Cache 类对外只提供了 put(key, value), put(key, value, expire), get(key), get(key, class), remove(key), size()几个同步方法。

当添加键值对数据的时候，首先会调用remove()方法，清除掉原来相同 key 的数据，并取消对应的定时清除任务，然后添加新数据到 map 中，并且，如果设置了有效时间，则添加对应的定时清除任务到定时器线程池。

测试 

 
 
 
    
  
  
  
  1. import java.util.concurrent.ExecutionException;  
    2. 
  
  
  
  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
    3. 
  
  
  
  3. import java.util.concurrent.Executors;  
    4. 
  
  
  
  4. import java.util.concurrent.Future;  
    5. 
  
  
  
  5. /**  
    6. 
  
  
  
  6.  * @Author: lixk  
    7. 
  
  
  
  7.  * @Date: 2018/5/9 16:40  
    8. 
  
  
  
  8.  * @Description: 缓存工具类测试  
    9. 
  
  
  
  9.  */  
    10. 
  
  
  
  10. public class CacheTest {  
    11. 
  
  
  
  11.  /**  
    12. 
  
  
  
  12.  * 测试  
    13. 
  
  
  
  13.  *  
    14. 
  
  
  
  14.  * @param args  
    15. 
  
  
  
  15.  */  
    16. 
  
  
  
  16.  public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {  
    17. 
  
  
  
  17.  String key = "id";  
    18. 
  
  
  
  18.  //不设置过期时间  
    19. 
  
  
  
  19.  System.out.println("***********不设置过期时间**********");  
    20. 
  
  
  
  20.  Cache.put(key, 123);  
    21. 
  
  
  
  21.  System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
    22. 
  
  
  
  22.  System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.remove(key));  
    23. 
  
  
  
  23.  System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
    24. 
  
  
  
  24.  //设置过期时间  
    25. 
  
  
  
  25.  System.out.println("  
    26. 
  
  
  
  26. ***********设置过期时间**********");  
    27. 
  
  
  
  27.  Cache.put(key, "123456", 1000);  
    28. 
  
  
  
  28.  System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
    29. 
  
  
  
  29.  Thread.sleep(2000);  
    30. 
  
  
  
  30.  System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
    31. 
  
  
  
  31.  /******************并发性能测试************/  
    32. 
  
  
  
  32.  System.out.println("  
    33. 
  
  
  
  33. ***********并发性能测试************");  
    34. 
  
  
  
  34.  //创建有10个线程的线程池，将1000000次操作分10次添加到线程池  
    35. 
  
  
  
  35.  ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);  
    36. 
  
  
  
  36.  Future[] futures = new Future[10];  
    37. 
  
  
  
  37.  /********添加********/  
    38. 
  
  
  
  38.  {  
    39. 
  
  
  
  39.  long start = System.currentTimeMillis();  
    40. 
  
  
  
  40.  for (int j = 0; j < 10; j++) {  
    41. 
  
  
  
  41.  futures[j] = executorService.submit(() -> {  
    42. 
  
  
  
  42.  for (int i = 0; i < 100000; i++) {  
    43. 
  
  
  
  43.  Cache.put(Thread.currentThread().getId() + key + i, i, 300000);  
    44. 
  
  
  
  44.  }  
    45. 
  
  
  
  45.  });  
    46. 
  
  
  
  46.  }  
    47. 
  
  
  
  47.  //等待全部线程执行完成，打印执行时间  
    48. 
  
  
  
  48.  for (Future future : futures) {  
    49. 
  
  
  
  49.  future.get();  
    50. 
  
  
  
  50.  }  
    51. 
  
  
  
  51.  System.out.printf("添加耗时：%dms  
    52. 
  
  
  
  52. ", System.currentTimeMillis() - start);  
    53. 
  
  
  
  53.  }  
    54. 
  
  
  
  54.  /********查询********/  
    55. 
  
  
  
  55.  {  
    56. 
  
  
  
  56.  long start = System.currentTimeMillis();  
    57. 
  
  
  
  57.  for (int j = 0; j < 10; j++) {  
    58. 
  
  
  
  58.  futures[j] = executorService.submit(() -> {  
    59. 
  
  
  
  59.  for (int i = 0; i < 100000; i++) {  
    60. 
  
  
  
  60.  Cache.get(Thread.currentThread().getId() + key + i);  
    61. 
  
  
  
  61.  }  
    62. 
  
  
  
  62.  });  
    63. 
  
  
  
  63.  }  
    64. 
  
  
  
  64.  //等待全部线程执行完成，打印执行时间  
    65. 
  
  
  
  65.  for (Future future : futures) {  
    66. 
  
  
  
  66.  future.get();  
    67. 
  
  
  
  67.  }  
    68. 
  
  
  
  68.  System.out.printf("查询耗时：%dms  
    69. 
  
  
  
  69. ", System.currentTimeMillis() - start);  
    70. 
  
  
  
  70.  }  
    71. 
  
  
  
  71.  System.out.println("当前缓存容量：" + Cache.size());  
    72. 
  
  
  
  72.  }  
    73. 
  
  
  
  73. } 
    74.

测试结果： 

 
 
 
    
  
  
  
  1. ***********不设置过期时间**********  
    2. 
  
  
  
  2. key:id, value:123  
    3. 
  
  
  
  3. key:id, value:123  
    4. 
  
  
  
  4. key:id, value:null  
    5. 
  
  
  
  5. ***********设置过期时间**********  
    6. 
  
  
  
  6. key:id, value:123456  
    7. 
  
  
  
  7. key:id, value:null  
    8. 
  
  
  
  8. ***********并发性能测试************  
    9. 
  
  
  
  9. 添加耗时：2313ms  
    10. 
  
  
  
  10. 查询耗时：335ms  
    11. 
  
  
  
  11. 当前缓存容量：1000000 
    12.

测试程序使用有10个线程的线程池来模拟并发，总共执行一百万次添加和查询操作，时间大约都在两秒多，表现还不错，每秒40万读写并发应该还是可以满足大多数高并发场景的^_^

文章标题：面试官：你是如何使用JDK来实现自己的缓存（支持高并发）？
标题链接：http://www.gawzjz.com/qtweb/news7/204107.html

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