吃透Mybatis源码-缓存的理解(三)

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对于Mybatis的缓存在上一章节《吃透Mybatis源码-Mybatis执行流程》我们有提到一部分，这篇文章我们对将详细分析一下Mybatis的一级缓存和二级缓存。

市面上流行的ORM框架都支持缓存，不管是Hibernate还是Mybatis都支持一级缓存和二级缓存，目的是把数据缓存到JVM内存中，减少和数据库的交互来提高查询速度。同时MyBatis还可以整合三方缓存技术。

Mybatis一级缓默认开启，是SqlSession级别的，也就是说需要同一个SqlSession执行同样的SQL和参数才有可能命中缓存。如：
在这里插入图片描述
同一个SqlSession执行同一个SQL，发现控制台日志只执行了一次SQL记录，说明第二次查询是走缓存了。但是要注意的是，当SqlSession执行了delete,update,insert语句后，缓存会被清除。

那么一级缓存在哪儿呢？下面给大家介绍一个类。
在这里插入图片描述
Mybatis中提供的缓存都是Cache的实现类，但是真正实现缓存的是PerpetualCache，其中维护了一个Map<Object, Object> cache = new HashMap<Object, Object>() 结构来缓存数据。其他的缓存类采用了装饰模式对PerpetualCache做增强。比如：LruCache 在PerpetualCache 的基础上增加了最近最少使用的缓存清楚策略,当缓存到达上限时候，删除最近最少使用的缓存（Least Recently Use）。代码如下

public class LruCache implements Cache {
	//对 PerpetualCache 做装饰
  private final Cache delegate;

下面对其他的缓存类做一个介绍

PerpetualCache : 基础缓存类
LruCache ： LRU 策略的缓存当缓存到达上限时候，删除最近最少使用的缓存（Least Recently Use），eviction=“LRU”（默认）
FifoCache : FIFO 策略的缓存当缓存到达上限时候，删除最先入队的缓存，配置eviction=“FIFO”
SoftCache WeakCache ：带清理策略的缓存通过 JVM 的软引用和弱引用来实现缓存，当 JVM 内存不足时，会自动清理掉这些缓存，基于 SoftReference 和 WeakReference
SynchronizedCache ：同步缓存基于 synchronized 关键字实现，解决并发问题
ScheduledCache ：定时调度的缓存，在进行 get/put/remove/getSize 等操作前，判断缓存时间是否超过了设置的最长缓存时间（默认是一小时），如果是则清空缓存–即每隔一段时间清空一次缓存
SerializedCache ：支持序列化的缓存将对象序列化以后存到缓存中，取出时反序列化
TransactionalCache ：事务缓存，在二级缓存中使用，可一次存入多个缓存，移除多个缓存。通过TransactionalCacheManager 中用 Map 维护对应关系。

一级缓存到底存储在哪儿？

一级缓存在SimpleExecutor 的父类 BaseExecutor 执行器中，如下

public abstract class BaseExecutor implements Executor {

  private static final Log log = LogFactory.getLog(BaseExecutor.class);

  protected Transaction transaction;
  protected Executor wrapper;

  protected ConcurrentLinkedQueue<DeferredLoad> deferredLoads;
  //一级缓存
  protected PerpetualCache localCache;

PerpetualCache缓存类源码如下

public class PerpetualCache implements Cache {

  private final String id;
  //缓存
  private Map<Object, Object> cache = new HashMap<Object, Object>();

那么一级缓存在什么时候创建的？

在 BaseExecutor 中的构造器中创建了一级缓存，而执行器Executor 是保存在SqlSession中的，也就是说当创建SqlSession的时候，就会创建 SimpleExecutor，而在SimpleExecutor的构造器中会调用BaseExecutor的构造器来创建一级缓存。见：org.apache.ibatis.executor.SimpleExecutor#SimpleExecutor

public class SimpleExecutor extends BaseExecutor {
	//执行器构造器
  public SimpleExecutor(Configuration configuration, Transaction transaction) {
  	//调用父类构造器
    super(configuration, transaction);
  }

下面是 BaseExecutor 的执行器 org.apache.ibatis.executor.BaseExecutor#BaseExecutor

public abstract class BaseExecutor implements Executor {

  private static final Log log = LogFactory.getLog(BaseExecutor.class);

  protected Transaction transaction;
  protected Executor wrapper;

  //一级缓存
  protected PerpetualCache localCache;
  protected PerpetualCache localOutputParameterCache;
  protected Configuration configuration;


  protected BaseExecutor(Configuration configuration, Transaction transaction) {
    this.transaction = transaction;
    this.deferredLoads = new ConcurrentLinkedQueue<DeferredLoad>();
    //创建一级缓存
    this.localCache = new PerpetualCache("LocalCache");
    this.localOutputParameterCache = new PerpetualCache("LocalOutputParameterCache");
    this.closed = false;
    this.configuration = configuration;
    this.wrapper = this;
  }

一级缓存怎么存储的？

一级缓存是在执行查询的时候会先走二级缓存，二级缓存么有就会走一级缓存，以及缓存没有就会走数据库查询，然后放入一级缓存和二级缓存。我们来看一下源码流程，见：org.apache.ibatis.executor.CachingExecutor#query

@Override
  public <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameterObject, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler) throws SQLException {
    BoundSql boundSql = ms.getBoundSql(parameterObject);
    //构建缓存的Key
    CacheKey key = createCacheKey(ms, parameterObject, rowBounds, boundSql);
    //执行查询
    return query(ms, parameterObject, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
  }

这里在尝试构建Cachekey ，cachekey时由：MappedStatement的id(如：cn.xx.xx.xxMapper.selectByid) ，分页，Sql,参数值一起构建而成的，一级二级缓存都是如此。

  @Override
  public <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameterObject, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, CacheKey key, BoundSql boundSql)
      throws SQLException {
    //开启了二级缓存才会存在Cache  
    Cache cache = ms.getCache();
    if (cache != null) {
      flushCacheIfRequired(ms);
      if (ms.isUseCache() && resultHandler == null) {
        ensureNoOutParams(ms, boundSql);
        @SuppressWarnings("unchecked")
        //走二级缓存查询数据
        List<E> list = (List<E>) tcm.getObject(cache, key);
        if (list == null) {
          //二级缓存没有，走数据库查询数据
          list = delegate.<E> query(ms, parameterObject, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
          //写入二级缓存
          tcm.putObject(cache, key, list); // issue #578 and #116
        }
        return list;
      }
    }
    return delegate.<E> query(ms, parameterObject, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
  }

这里我们看到，在执行org.apache.ibatis.executor.CachingExecutor#query 查询的时候会先走二级缓存，二级缓存没有会继续调用 org.apache.ibatis.executor.BaseExecutor#query 查询，而BaseExecutor#query会尝试先走一级缓存

public <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, CacheKey key, BoundSql boundSql) throws SQLException {
    ErrorContext.instance().resource(ms.getResource()).activity("executing a query").object(ms.getId());
    if (closed) {
      throw new ExecutorException("Executor was closed.");
    }
    if (queryStack == 0 && ms.isFlushCacheRequired()) {
      clearLocalCache();
    }
    List<E> list;
    try {
      queryStack++;
      //【重要】走一级缓存获取数据
      list = resultHandler == null ? (List<E>) localCache.getObject(key) : null;
      if (list != null) {
        handleLocallyCachedOutputParameters(ms, key, parameter, boundSql);
      } else {
      //如果一级缓存中没有，走数据库查询数据
        list = queryFromDatabase(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
      }
    } finally {
      queryStack--;
    }
    if (queryStack == 0) {
      for (DeferredLoad deferredLoad : deferredLoads) {
        deferredLoad.load();
      }
      // issue #601
      deferredLoads.clear();
      if (configuration.getLocalCacheScope() == LocalCacheScope.STATEMENT) {
        // issue #482
        clearLocalCache();
      }
    }
    return list;
  }

上面代码会先走一级缓存拿数据，如果一级缓存没有，就走数据库获取数据，然后加入一级缓存org.apache.ibatis.executor.BaseExecutor#queryFromDatabase

private <E> List<E> queryFromDatabase(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, CacheKey key, BoundSql boundSql) throws SQLException {
    List<E> list;
    localCache.putObject(key, EXECUTION_PLACEHOLDER);
    try {
      //走数据库查询数据
      list = doQuery(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, boundSql);
    } finally {
      localCache.removeObject(key);
    }
    //把数据写入一级缓存
    localCache.putObject(key, list);
    if (ms.getStatementType() == StatementType.CALLABLE) {
      localOutputParameterCache.putObject(key, parameter);
    }
    return list;
  }

到这里我们就看到了一级缓存和二级缓存的执行流程，注意的是：先执行二级缓存再执行一级缓存。

这里画一个一级缓存的图
在这里插入图片描述

第一步：二级缓存需要在mybatis-config.xml 配置中开启，如下

<setting name="cacheEnabled" value="true"/>

当然其实该配置默认是开启的，也就是默认会使用 CachingExecutor 装饰基本的执行器。
第二步骤：需要在mapper.xml中配置 < cache/>如下

<mapper namespace="cn.whale.mapper.StudentMapper">
	<cache type="org.apache.ibatis.cache.impl.PerpetualCache"
		 size="1024" 
		 eviction="LRU" 
		 flushInterval="120000" 
		 readOnly="false"/> 
...省略...

解释一下上面的配置，首先<cache/> 是在某个mapper.xml中指定的，也就是说二级缓存作用于当前的namespace.

type : 代表的是使用什么类型的缓存，只要是实现了 Cache 接口的实现类都可以
size ：缓存的个数，默认是1024 个对象
eviction ：缓存剔除策略，LRU – 最近最少使用的：移除最长时间不被使用的对象（默认）；FIFO – 先进先出：按对象进入缓存的顺序来移除它们；SOFT – 软引用：移除基于垃圾回收器状态和软引用规则的对象；WEAK – 弱引用：更积极地移除基于垃圾收集器状态和弱引用规则的对象
flushInterval ：定时自动清空缓存间隔自动刷新时间，单位 ms，未配置时只有调用时刷新
readOnly ：缓存时候只读
blocking ：是否使用可重入锁实现缓存的并发控制 true，会使用 BlockingCache 对 Cache 进行装饰默认 false

Mapper.xml 配置了之后，select()会被缓存。update()、delete()、insert() 会刷新缓存，下面是测试案例
在这里插入图片描述

可以看到，这里使用了2个SqlSesion 2次执行了相同的SQL，参数相同，看控制台日志只执行了一次SQL，说明是命中的二级缓存。因为满足条件：同一个 namespace下的相同的SQL被执行，尽管使用的SqlSession不是同一个。

但是你可能注意到一个细节，就是session.commit() 为什么要提交事务呢？这就要说到二级缓存的存储结构了，如果不执行commit是不会写入二级缓存的。在 CachingExecutor 中有一个属性private final TransactionalCacheManager tcm = new TransactionalCacheManager(); 看名字肯能够看出二级缓存和事务有关系。结构如下

public class CachingExecutor implements Executor {

  private final Executor delegate;
  //二级缓存，通过TransactionalCacheManager来管理
  private final TransactionalCacheManager tcm = new TransactionalCacheManager();

TransactionalCacheManager 中维护了一个 HashMap<Cache, TransactionalCache>()

public class TransactionalCacheManager {
  //二级缓存的HashMap
  private final Map<Cache, TransactionalCache> transactionalCaches = new HashMap<Cache, TransactionalCache>();

在TransactionCache中维护了一个 Map<Object, Object> entriesToAddOnCommit;

public class TransactionalCache implements Cache {

  private static final Log log = LogFactory.getLog(TransactionalCache.class);

  private final Cache delegate;
  private boolean clearOnCommit;
  //二级缓存临时存储
  private final Map<Object, Object> entriesToAddOnCommit;

  ...省略...
  //写入二级缓存
  @Override
  public void putObject(Object key, Object object) {
    entriesToAddOnCommit.put(key, object);
  }

当执行查询的时候，从数据库查询出来数据回写入TransactionalCache的entriesToAddOnCommit中，我们来看一下二级缓存写入的流程，见：org.apache.ibatis.executor.CachingExecutor#query

@Override
  public <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameterObject, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, CacheKey key, BoundSql boundSql)
      throws SQLException {
      //如果mapper.xml配置了 <cache/> 就会创建 Cache
    Cache cache = ms.getCache();
    if (cache != null) {
      flushCacheIfRequired(ms);
      if (ms.isUseCache() && resultHandler == null) {
        ensureNoOutParams(ms, boundSql);
        @SuppressWarnings("unchecked")
        //从二级缓存获取
        List<E> list = (List<E>) tcm.getObject(cache, key);
        if (list == null) {
          list = delegate.<E> query(ms, parameterObject, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
          //写入二级缓存
          tcm.putObject(cache, key, list); // issue #578 and #116
        }
        return list;
      }
    }
    return delegate.<E> query(ms, parameterObject, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
  }

如果mapper.xml配置了就会创建 Cache，Cache不为null，才会走到二级缓存的流程，此时代码来到org.apache.ibatis.cache.TransactionalCacheManager#putObject

public class TransactionalCacheManager {
  //存储二级缓存
  private final Map<Cache, TransactionalCache> transactionalCaches = new HashMap<Cache, TransactionalCache>();

	public void putObject(Cache cache, CacheKey key, Object value) {
	//通过cache为key拿到 TransactionalCache ，把数据put进去
    getTransactionalCache(cache).putObject(key, value);
  }

存储数据的是TransactionalCache ，见org.apache.ibatis.cache.decorators.TransactionalCache#putObject

public class TransactionalCache implements Cache {

  private static final Log log = LogFactory.getLog(TransactionalCache.class);
  //正在的二级缓存存储位置
  private final Cache delegate;
  private boolean clearOnCommit;
  //临时的二级缓存存储位置
  private final Map<Object, Object> entriesToAddOnCommit;

  @Override
  public void putObject(Object key, Object object) {
    entriesToAddOnCommit.put(key, object);
  }

我们看到，数据写到了 TransactionalCache#entriesToAddOnCommit 一个Map中。只有在执行commit的时候数据才会真正写入二级缓存。

我们来看下SqlSession.commit方法是如何触发二级缓存真正的写入的,见：org.apache.ibatis.session.defaults.DefaultSqlSession#commit()

  @Override
  public void commit() {
    commit(false);
  }

  @Override
  public void commit(boolean force) {
    try {
    //调用执行器提交事务
      executor.commit(isCommitOrRollbackRequired(force));
      dirty = false;
    } catch (Exception e) {
      throw ExceptionFactory.wrapException("Error committing transaction.  Cause: " + e, e);
    } finally {
      ErrorContext.instance().reset();
    }
  }

代码来到org.apache.ibatis.executor.CachingExecutor#commit

@Override
  public void commit(boolean required) throws SQLException {
    //提交事务
    delegate.commit(required);
    //调用org.apache.ibatis.cache.TransactionalCacheManager#commit提交事务
    tcm.commit();
  }

代码来到org.apache.ibatis.cache.TransactionalCacheManager#commit

public void commit() {
    for (TransactionalCache txCache : transactionalCaches.values()) {
      //调用 TransactionalCache#commit
      txCache.commit();
    }
  }

代码来到org.apache.ibatis.cache.decorators.TransactionalCache#commit

public class TransactionalCache implements Cache {

  private static final Log log = LogFactory.getLog(TransactionalCache.class);
  //真正的二级缓存存储位置，本质是一个 PerpetualCache
  private final Cache delegate;
  //临时存储二级缓存
  private final Map<Object, Object> entriesToAddOnCommit;
  
  public void commit() {
    if (clearOnCommit) {
      delegate.clear();
    }
    //这里在写入缓存，保存到TransactionalCache中的delegate字段，本质是一个PerpetualCache
    flushPendingEntries();
    //把entriesToAddOnCommit清除掉
    reset();
  }
  
  private void flushPendingEntries() {
	    for (Map.Entry<Object, Object> entry : entriesToAddOnCommit.entrySet()) {
	      //从entriesToAddOnCommit中拿到临时的缓存数据，写入缓存，最终会写入PerpetualCache#cache字段中
	      delegate.putObject(entry.getKey(), entry.getValue());
	    }
	    for (Object entry : entriesMissedInCache) {
	      if (!entriesToAddOnCommit.containsKey(entry)) {
	        delegate.putObject(entry, null);
	      }
	    }
   }
	
	private void reset() {
	    clearOnCommit = false;
	    //清除entriesToAddOnCommit
	    entriesToAddOnCommit.clear();
	    entriesMissedInCache.clear();
  }

所以我们总结一下二级缓存的写入流程，二级缓存通过 TransactionalCacheManager中的一个Map<Cache, TransactionalCache>管理的，当执行query查询处数据的时候，会把数据写入TransactionalCache中的 Map<Object, Object> entriesToAddOnCommit 中临时存储。当执行commit的时候才会把entriesToAddOnCommit中的数据写入TransactionalCache中的 Cache delegate ，其本质和一级缓存一样，也是一个 PerpetualCache。

当我们做第二次query的时候会尝试通过 TransactionalCacheManager#getObject 从二级缓存获取数据

public class TransactionalCacheManager {

  private final Map<Cache, TransactionalCache> transactionalCaches = new HashMap<Cache, TransactionalCache>();
  //获取二级缓存
  public Object getObject(Cache cache, CacheKey key) {
    return getTransactionalCache(cache).getObject(key);
  }

然后会从 TransactionalCache中的delegate中获取缓存

public class TransactionalCache implements Cache {

  private static final Log log = LogFactory.getLog(TransactionalCache.class);
 //二级缓存
  private final Cache delegate;
  ...省略...
  
  @Override
  public Object getObject(Object key) {
    // issue #116
    //从二级缓存获取数据
    Object object = delegate.getObject(key);
    if (object == null) {
      entriesMissedInCache.add(key);
    }
    // issue #146
    if (clearOnCommit) {
      return null;
    } else {
      return object;
    }
  }

所以记得，二级缓存一定要commit才会起作用。下面花了一个一级缓存和二级缓存的结构图
在这里插入图片描述

三方缓存框架

除了使用Mybatis自带的缓存，也可以使用第三方缓存方式，比如：比如 ehcache 和 redis 下面以Redis为例，首先导入mybatis整合redis的依赖

<dependency>
	 <groupId>org.mybatis.caches</groupId>
	 <artifactId>mybatis-redis</artifactId> 
	 <version>1.0.0-beta2</version> 
 </dependency>

第二步骤：在mapper.xml配置缓存

<cache type="org.mybatis.caches.redis.RedisCache" 
	eviction="FIFO" 
	flushInterval="60000" 
	size="512" readOnly="true"/>

这里type使用了RedisCache,RedisCache也是实现了Cache接口的，接着我们需要配置Redis的链接属性，默认RedisCache类会读取名字为 : redis.properties 的配置文件

host=127.0.0.1
password=123456
port=6379
connectionTimeout=5000
soTimeout=5000
database=0

再次执行测试代码，查看Redis效果如下
在这里插入图片描述
博主在参加博客之星评比，点击链接， https://bbs.csdn.net/topics/603957267 疯狂打Call！五星好评 ⭐⭐⭐⭐⭐ 感谢

吃透Mybatis源码-缓存的理解(三)

吃透Mybatis源码-缓存的理解(三)

三方缓存框架

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