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怎么用Java寫一個簡單的緩存操作類

發布時間:2021-08-24 21:23:18 來源:億速云 閱讀:224 作者:chen 欄目:大數據
# 怎么用Java寫一個簡單的緩存操作類

## 引言

在實際開發中,緩存是提高應用性能的常見手段。通過將頻繁訪問的數據存儲在內存中,可以減少對數據庫或外部服務的調用次數。本文將介紹如何用Java實現一個簡單的緩存操作類,支持基本的增刪改查功能。

---

## 一、緩存的基本概念

### 1.1 什么是緩存
緩存是一種臨時存儲數據的機制,通常用于:
- 加速數據訪問
- 減輕后端壓力
- 提升系統響應速度

### 1.2 緩存常見實現方式
- **內存緩存**:基于Java集合類(如`HashMap`)
- **分布式緩存**:如Redis、Memcached
- **本地緩存**:如Guava Cache、Caffeine

本文將聚焦于基于`ConcurrentHashMap`的線程安全內存緩存實現。

---

## 二、核心設計

### 2.1 類結構設計
```java
public class SimpleCache<K, V> {
    private final Map<K, V> cacheMap;
    private final long defaultExpireTime; // 默認過期時間(毫秒)
    
    // 構造方法
    public SimpleCache(long defaultExpireTime) {
        this.cacheMap = new ConcurrentHashMap<>();
        this.defaultExpireTime = defaultExpireTime;
    }
}

2.2 功能需求

  1. 存儲鍵值對
  2. 支持設置過期時間
  3. 線程安全
  4. 提供基本CRUD操作

三、完整實現代碼

3.1 基礎版本(無過期處理)

import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class SimpleCache<K, V> {
    private final Map<K, V> cacheMap;
    
    public SimpleCache() {
        this.cacheMap = new ConcurrentHashMap<>();
    }
    
    // 添加/更新緩存
    public void put(K key, V value) {
        cacheMap.put(key, value);
    }
    
    // 獲取緩存
    public V get(K key) {
        return cacheMap.get(key);
    }
    
    // 刪除緩存
    public void remove(K key) {
        cacheMap.remove(key);
    }
    
    // 清空緩存
    public void clear() {
        cacheMap.clear();
    }
    
    // 獲取緩存大小
    public int size() {
        return cacheMap.size();
    }
}

3.2 增強版(帶過期時間)

import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ExpirableCache<K, V> {
    private static class CacheEntry<V> {
        V value;
        long expireTime;
        
        CacheEntry(V value, long expireTime) {
            this.value = value;
            this.expireTime = expireTime;
        }
    }

    private final Map<K, CacheEntry<V>> cacheMap;
    private final long defaultExpireTime;

    public ExpirableCache(long defaultExpireTime) {
        this.cacheMap = new ConcurrentHashMap<>();
        this.defaultExpireTime = defaultExpireTime;
    }

    public void put(K key, V value) {
        put(key, value, defaultExpireTime);
    }

    public void put(K key, V value, long expireTime) {
        long expireTimestamp = System.currentTimeMillis() + expireTime;
        cacheMap.put(key, new CacheEntry<>(value, expireTimestamp));
    }

    public V get(K key) {
        CacheEntry<V> entry = cacheMap.get(key);
        if (entry == null) return null;
        
        if (System.currentTimeMillis() > entry.expireTime) {
            cacheMap.remove(key);
            return null;
        }
        return entry.value;
    }

    // 其他方法同上...
}

四、功能測試

4.1 單元測試示例

import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;

class SimpleCacheTest {
    @Test
    void testBasicOperations() {
        SimpleCache<String, String> cache = new SimpleCache<>();
        
        cache.put("key1", "value1");
        assertEquals("value1", cache.get("key1"));
        
        cache.remove("key1");
        assertNull(cache.get("key1"));
    }

    @Test
    void testExpiration() throws InterruptedException {
        ExpirableCache<String, String> cache = new ExpirableCache<>(1000);
        
        cache.put("tempKey", "tempValue");
        assertEquals("tempValue", cache.get("tempKey"));
        
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1500);
        assertNull(cache.get("tempKey"));
    }
}

五、優化建議

5.1 定期清理過期緩存

添加定時任務清理過期數據:

private void startCleanerThread() {
    new Thread(() -> {
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(60);
                cacheMap.entrySet().removeIf(entry -> 
                    System.currentTimeMillis() > entry.getValue().expireTime
                );
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
    }).start();
}

5.2 添加LRU淘汰策略

當緩存達到上限時,移除最近最少使用的數據:

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

public class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
    private final int maxSize;
    
    public LRUCache(int maxSize) {
        super(maxSize, 0.75f, true);
        this.maxSize = maxSize;
    }
    
    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {
        return size() > maxSize;
    }
}

六、總結

本文實現了一個具備基本功能的Java緩存類,包含: 1. 線程安全的CRUD操作 2. 過期時間管理 3. 可擴展的優化方案

實際項目中建議考慮: - 使用成熟的緩存庫(如Caffeine) - 分布式場景改用Redis - 根據業務需求調整淘汰策略

完整代碼已托管至GitHub:示例倉庫鏈接 “`

(注:實際字數約1200字,可根據需要補充更多實現細節或性能優化內容)

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