Java本地缓存技术选型（Guava Cache、Caffeine、EhCache）

前言

对一个java开发者而言，提到缓存，第一反应就是Redis。利用这类缓存足以解决大多数的性能问题了，我们也要知道，这种属于remote cache（分布式缓存），应用的进程和缓存的进程通常分布在不同的服务器上，不同进程之间通过RPC或HTTP的方式通信。这种缓存的优点是缓存和应用服务解耦，支持大数据量的存储，缺点是数据要经过网络传输，性能上会有一定损耗。

与分布式缓存对应的是本地缓存，缓存的进程和应用进程是同一个，数据的读写都在一个进程内完成，这种方式的优点是没有网络开销，访问速度很快。缺点是受JVM内存的限制，不适合存放大数据。

本地缓存常用技术

本地缓存和应用同属于一个进程，使用不当会影响服务稳定性，所以通常需要考虑更多的因素，例如容量限制、过期策略、淘汰策略、自动刷新等。常用的本地缓存方案有：

Guava Cache
Caffeine
EhCache

基于Guava Cache实现本地缓存

Guava是Google团队开源的一款 Java 核心增强库，包含集合、并发原语、缓存、IO、反射等工具箱，性能和稳定性上都有保障，应用十分广泛。Guava Cache支持很多特性：

支持最大容量限制
支持两种过期删除策略（插入时间和访问时间）
支持简单的统计功能
基于LRU算法实现

引入依赖

<dependency>
    <groupId>com.google.guava</groupId>
    <artifactId>guava</artifactId>
    <version>18.0</version>
</dependency>

简单的示例：

java 复制代码

public class GuavaCacheTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建guava cache
        Cache<String, String> loadingCache = CacheBuilder.newBuilder()
                //cache的初始容量
                .initialCapacity(5)
                //cache最大缓存数
                .maximumSize(10)
                //设置写缓存后n秒钟过期
                .expireAfterWrite(17, TimeUnit.SECONDS)
                //设置读写缓存后n秒钟过期,实际很少用到,类似于expireAfterWrite
                //.expireAfterAccess(17, TimeUnit.SECONDS)
                .build();
        String key = "key";
        // 往缓存写数据
        loadingCache.put(key, "v");

        // 获取value的值，如果key不存在，调用collable方法获取value值加载到key中再返回
        String value = loadingCache.get(key, new Callable<String>() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                return getValueFromDB(key);
            }
        });

        // 删除key
        loadingCache.invalidate(key);
    }

    private static String getValueFromDB(String key) {
        return "v";
    }
}

Caffeine

Caffeine 是基于 JAVA 8 的高性能缓存库。并且在 Spring5 (Springboot 2.x) 后，Spring 官方放弃了 Guava，而使用了性能更优秀的 Caffeine 作为默认缓存组件。

<dependency>
    <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId>
    <artifactId>caffeine</artifactId>
    <version>2.5.5</version>
</dependency>

使用Caffeine：

java 复制代码

public class CaffeineCacheTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建guava cache
        Cache<String, String> loadingCache = Caffeine.newBuilder()
                //cache的初始容量
                .initialCapacity(5)
                //cache最大缓存数
                .maximumSize(10)
                //设置写缓存后n秒钟过期
                .expireAfterWrite(17, TimeUnit.SECONDS)
                //设置读写缓存后n秒钟过期,实际很少用到,类似于expireAfterWrite
                //.expireAfterAccess(17, TimeUnit.SECONDS)
                .build();
        String key = "key";
        // 往缓存写数据
        loadingCache.put(key, "v");

        // 获取value的值，如果key不存在，获取value后再返回
        String value = loadingCache.get(key, CaffeineCacheTest::getValueFromDB);

        // 删除key
        loadingCache.invalidate(key);
    }

    private static String getValueFromDB(String key) {
        return "v";
    }
}

相比Guava Cache来说，Caffeine无论从功能上和性能上都有明显优势。同时两者的API类似，使用Guava Cache的代码很容易可以切换到Caffeine，节省迁移成本。

EhCache

EhCache是一个纯Java的进程内缓存框架，具有快速、精干的特点。注意的这里的关键字进程，基于进程的缓存直觉告诉我们效率肯定要高一些，因为它直接在进程之内进行操作，但不同应用之间缓存的共享可能就会有问题。

EhCache是Hibernate中默认的CacheProvider，Spring Boot也对其进行了支持，Spring中提供的缓存抽象也支持对EhCache缓存框架的绑定，而且支持基于注解的方式来使用。因此，EhCache是一款被广泛使用的基于Java的高速缓存框架，使用起来也非常方便。

EhCache提供了多种缓存策略，主要分为内存和磁盘两级，是一款面向通用缓存、Java EE和轻量级容器的缓存框架。

<dependency>
    <groupId>org.ehcache</groupId>
    <artifactId>ehcache</artifactId>
    <version>3.8.0</version>
</dependency>

使用EhCache

java 复制代码

public class EncacheTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 声明一个cacheBuilder
        CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
                .withCache("encacheInstance", CacheConfigurationBuilder
                        //声明一个容量为20的堆内缓存
                        .newCacheConfigurationBuilder(String.class,String.class, ResourcePoolsBuilder.heap(20)))
                .build(true);
        // 获取Cache实例
        Cache<String,String> myCache =  cacheManager.getCache("encacheInstance", String.class, String.class);
        // 写缓存
        myCache.put("key","v");
        // 读缓存
        String value = myCache.get("key");
        // 移除换粗
        cacheManager.removeCache("myCache");
        cacheManager.close();
    }
}

总结

从易用性角度，Guava Cache、Caffeine和EhCache都有十分成熟的接入方案，使用简单。
从功能性角度，Guava Cache和Caffeine功能类似，都是只支持堆内缓存，Encache相比功能更为丰富
从性能上进行比较，Caffeine最优、GuavaCache次之，EhCache最差(下图是三者的性能对比结果）

总体来说，对于本地缓存的方案中，个人比较推荐Caffeine，性能上遥遥领先。真实的业务工程中，建议使用Caffeine作为本地缓存，另外使用Redis或者memcache作为分布式缓存，构造多级缓存体系，保证性能和可靠性。

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