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Caffeine Cache和Ehcache3.x 进程缓存性能比较

热度：75   发布时间：2024-02-19 14:05:02.0

Spring默认提供的：ConcurrentMapCache。使用它的原因是它是spring-context内置的，无需额外导包就能使用,超好用的

但在实际开发过程中，Spring内建提供的实现显然是满足不了日益复杂的需求的，现实情况是很小有可能直接使用ConcurrentMapCacheManager和ConcurrentMapCache去作为存储方案，毕竟它提供的能力非常有限，有如下两个致命的不足：

  1. 基于本地内存的缓存，且它无法用于分布式环境
  2. 没有缓存过期时间Expire

就单单是这两点没有得到满足，在实际开发中就足以有理由抛弃内置实现，而需要引入第三方更为强大的缓存实现方案。

Spring Cache缓存抽象的实现产品

缓存标准方面：一个是JSR107，一个是Spring Cache，前面也说了Spring Cache已经成为了现实中的标准，所以市面上它的实现产品非常丰富，因此本文主要看看基于Spring Cache的实现产品的集成方案。

Spring Cache它也是支持JSR107规范的，可谓非常的友好。（请导入spring-contextr-support包）

要想了解常用的、流行的Spring Cache的实现方案有哪些，我推荐一个由SpringBoot提枚举类CacheType，它里面收纳得还是比较全面的：

此枚举是SpringBoot提供的供以参考，但本文内容和SpringBoot没有半毛钱关系

public enum CacheType {GENERIC, // 使用的SimpleCacheManager(自己手动指定Cache，可任意类型Cache实现哦)JCACHE, // 使用org.springframework.cache.jcache.JCacheCacheManagerEHCACHE, // 使用org.springframework.cache.ehcache.EhCacheCacheManagerHAZELCAST, // 使用com.hazelcast.spring.cache.HazelcastCacheManagerINFINISPAN, // 使用org.infinispan.spring.provider.SpringEmbeddedCacheManagerCOUCHBASE, // 使用com.couchbase.client.spring.cache.CouchbaseCacheManagerREDIS, // 使用org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheManager，依赖于RedisTemplate进行操作CAFFEINE, // 使用org.springframework.cache.caffeine.CaffeineCacheManager@DeprecatedGUAVA, // 使用org.springframework.cache.guava.GuavaCacheManager，已经过期不推荐使用了SIMPLE, // 使用ConcurrentMapCacheManagerNONE; // 使用NoOpCacheManager，表示禁用缓存
}

这些就是业内最为流行的那些缓存实现，下面做简单的介绍作为参考：

  1. EhCache：一个纯Java的进程内缓存框架，具有快速、精干等特点。因为它是纯Java进程的，所以也是基于本地缓存的。（注意：EhCache2.x和EhCache3.x差异巨大且不兼容）
  2. Hazelcast：基于内存的数据网格。虽然它基于内存，但是分布式应用程序可以使用Hazelcast进行分布式缓存、同步、集群、处理、发布/订阅消息等。（如果你正在寻找基于内存的、高速的、可弹性扩展的、支持分布式的、对开发者友好的NoSQL，Hazelcast是一个很棒的选择，它的理念是用应用服务的内存换取效率，成本较高）
    1.从com.hazelcast.spring.cache.HazelcastCacheManager这个包名中也能看出，是它自己实现的Spring Cache标准，而不是spring-data帮它实现的（类似MyBatis集成Spring），但它凭借自己的足够优秀，让Spring接受了它
  3. Infinispan：基于Apache 2.0协议的分布式键值存储系统，可以以普通java lib或者独立服务的方式提供服务，支持各种协议(Hot Rod, REST, WebSockets)。支持的高级特性包括：事务、事件通知、高级查询、分布式处理、off-heap及故障迁移。 它按照署模式分为嵌入式(Embedded)模式（基于本地内存）、Client-Server(C\S)模式。
  4. Couchbase：是一个非关系型数据库，它实际上是由couchdb+membase组成，所以它既能像couchdb那样存储json文档（类似MongoDB），也能像membase那样高速存储键值对。（新一代的NoSql数据库，国外挺火的）
  5. Redis：熟悉得不能再熟悉的分布式缓存，只有Client-Server(C\S)模式，单线程让它天生具有线程安全的特性。Java一般使用Jedis/Luttuce来操纵~
  6. Caffeine(咖啡因)：Caffeine是使用Java8对Guava缓存的重写版本，一个接近最佳的的缓存库（号称性能最好）。Spring5已经放弃guava，拥抱caffeine，它的API保持了近乎和guava一致，但是性能上碾压它。
    1.guava是谷歌Google Guava工具包的，使用非常广泛。Caffeine长江后浪推前浪，性能上碾压了Guava，是它的替代品。
  7. SIMPLE：。。。。。（嗯~太简单都不想解释了）

进程缓存：Ehcache、Guava、Caffeine对比

首先这仨都作为进程缓存（本地缓存）的优秀开源产品，那么若我们要使用本地缓存来加速访问，选择哪种呢？下文做一个简单的对比：

  1. EhCache：是一个纯Java的进程内缓存框架，具有快速、精干等特点，是Hibernate、MyBatis默认的缓存提供。（备注：虽然EhCache3支持到了分布式，但它还是基于Java进程的缓存）

  2. Guava：它是Google Guava工具包中的一个非常方便易用的本地化缓存实现，基于LRU算法实现，支持多种缓存过期策略。它出现得非常早，有点廉颇老矣之感~

  3. Caffeine：是使用Java8对Guava缓存的重写版本，在Spring5中将取代了Guava，支持多种缓存过期策略。

说明：Caffeine它在性能上碾压其余两者，它可以完全的替代Guava，因为API上都差不多一致，并且它还提供了Adapter让Guava过度到Caffeine上来。
Caffeine被称为进程缓存之王

为何Guava被放弃了，但EhCache依旧坚挺？我个人认为主要是它具备了如下特点：

  1. 稳定，健壮
  2. 被认可：apache 2.0 license
  3. 读、写速度还是不错的
  4. 够简单
  5. 够秀珍（jar包很小）
  6. 够轻量（仅仅依赖slf4j这一个包）
  7. 好扩展(可自定义淘汰算法)
  8. 监听器
  9. Ehcache支持缓存数据到硬盘（它也支持内存级别的缓存，Ehcache3还支持了分布式的缓存）

成熟（MyBatis、Hibernate等知名产品都用它作为默认缓存方案）

Caffeine和Spring Cache整合

关于Caffeine的强悍之处，此处就不费笔墨了，总之两个字：优秀。若我们在Spring应用中需要使用Caffeine怎么办呢？当然最直接的使用方式是导入Jar包后，直接使用它的API：CacheManager和Cache等等。

当然，这不是本文要讲述的，本文主要是要让它和Spring集成，从而可以使用Spring Cache注解来直接操作缓存

整合Caffeine，其实Spring已经有个模块对它提供了支持：spring-context-support

<dependency><groupId>org.springframework</groupId><artifactId>spring-context-support</artifactId><version>5.1.6.RELEASE</version>
</dependency>

此包属于spring-context的支持包，一般建议导入。它的内容如下：

在这里插入图片描述

需要注意的是，在Spring5之前，此包还默认提供了对Guava的支持，但在Spring5后彻底移除了，这也侧面证明Guava确实该退休了~。

集成第一步：除了导入support包，当然还得导入咖啡因的包：

<dependency><groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId><artifactId>caffeine</artifactId><!-- 2019.2最新版本 caffeine是2015年才面市的，发展还是很迅速的--><version>2.7.0</version>
</dependency>

实施之前，先简单看看spring-context-support提供的CaffeineCacheManager实现：

// @since 4.3   Requires Caffeine 2.1 or higher.显然我们都2.7版本 肯定满足呀
public class CaffeineCacheManager implements CacheManager {private final ConcurrentMap<String, Cache> cacheMap = new ConcurrentHashMap<>(16);// 默认能动态生成Cache，对使用者友好private boolean dynamic = true;// 默认使用的builder  可通过setCaffeine来自定这个cacheBuilder // cacheBuilder.build()得到一个com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache  让可以自定义N个参数private Caffeine<Object, Object> cacheBuilder = Caffeine.newBuilder();@Nullableprivate CacheLoader<Object, Object> cacheLoader;private boolean allowNullValues = true; // 是否允许null值// 一样的，两个构造函数。你可以指定，也可以让动态生成public CaffeineCacheManager() {}public CaffeineCacheManager(String... cacheNames) {setCacheNames(Arrays.asList(cacheNames));}...@Override@Nullablepublic Cache getCache(String name) {Cache cache = this.cacheMap.get(name);if (cache == null && this.dynamic) {synchronized (this.cacheMap) {cache = this.cacheMap.get(name);if (cache == null) {cache = createCaffeineCache(name);this.cacheMap.put(name, cache);}}}return cache;}// CaffeineCache实现了org.springframework.cache.Cache接口// 内部实现都是委托给com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache<Object, Object>来做的protected Cache createCaffeineCache(String name) {return new CaffeineCache(name, createNativeCaffeineCache(name), isAllowNullValues());}...
}

它提供的Cache实现：CaffeineCache。非常简单，所有工作都委托给com.github.benmanes.caffeine.cache.Cache了，因此省略。

第二步：准备CacheConfig 配置文件

@EnableCaching
@Configuration
public class CacheConfig extends CachingConfigurerSupport {@Beanpublic CacheManager cacheManager() {CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();// 方案一(常用)：定制化缓存CachecacheManager.setCaffeine(Caffeine.newBuilder().expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES).initialCapacity(100).maximumSize(10_000))// 如果缓存种没有对应的value，通过createExpensiveGraph方法同步加载  buildAsync是异步加载//.build(key -> createExpensiveGraph(key));// 方案二：传入一个CaffeineSpec定制缓存，它的好处是可以把配置方便写在配置文件里//cacheManager.setCaffeineSpec(CaffeineSpec.parse("initialCapacity=50,maximumSize=500,expireAfterWrite=5s"));return cacheManager;}}@Service
public class CacheDemoServiceImpl implements CacheDemoService {@Cacheable(cacheNames = "demoCache", key = "#id")@Overridepublic Object getFromDB(Integer id) {System.out.println("模拟去db查询~~~" + id);return "hello cache...";}
}

运行单测：

@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@ContextConfiguration(classes = {RootConfig.class, CacheConfig.class})
public class TestSpringBean {@Autowiredprivate CacheDemoService cacheDemoService;@Autowiredprivate CacheManager cacheManager;@Testpublic void test1() {cacheDemoService.getFromDB(1);cacheDemoService.getFromDB(1);System.out.println("----------验证缓存是否生效----------");Cache cache = cacheManager.getCache("demoCache");System.out.println(cache);System.out.println(cache.get(1, String.class));}}

打印结果：

模拟去db查询~~~1
----------验证缓存是否生效----------
org.springframework.cache.caffeine.CaffeineCache@4f74980d
hello cache...

从结果中可以得出结论：缓存生效。

(关于Caffeine的更多API以及它的高级使用，不是本文讨论的内容)

Ehcache2.x/Ehcache3.x和Spring Cache整合

Ehcache2.x和Ehcache3.x它最大的一个特点是：3.x不向下兼容2.x。从他俩的GAV坐标也能看出这种差异：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/net.sf.ehcache/ehcache -->
<dependency><groupId>net.sf.ehcache</groupId><artifactId>ehcache</artifactId><version>2.10.6</version>
</dependency><!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.ehcache/ehcache -->
<dependency><groupId>org.ehcache</groupId><artifactId>ehcache</artifactId><version>3.7.1</version>
</dependency>

不仅仅GAV变了，包名也都换了，因此是二进制不兼容的，并且3.x和2.x的API都有非常大的差异。

虽然说2.x也还是维护着（毕竟有非常重的历史包袱），但是活跃度已经远不及3.x了，因此我认为拥抱EhCache3.x是大势所趋

这里有意思的是，spring-context-support即使在Spring5后，默认支持的还是EhCache2.x版本（毕竟有很重的历史包袱在呢），并且没有提供3.x版本的支持，这应该也是为何你看到大多数人还只是在使用EhCache2.x的根本原因吧~

Ehcache2.x集成

Ehcache2.x的集成方案几乎同Caffeine，就不写了。

2.x配置CacheManager的时候，既能全用API方式。当然也能简便的使用ehcache.xml方式，内容形如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<ehcache><diskStore path="d:/ehcache/"></diskStore><!-- 默认缓存配置 --><defaultCache maxElementsInMemory="10000" eternal="false"timeToIdleSeconds="120" timeToLiveSeconds="120" overflowToDisk="true" /><!-- User缓存配置 --><cache name="User" maxElementsInMemory="10000" eternal="false"timeToIdleSeconds="300" timeToLiveSeconds="600" overflowToDisk="true"/></ehcache>

关于xml配置文件的更多属性和含义，请参考官方文档的说明

Ehcache3.x集成

Ehcache3.x的社区比EhCache2.x活跃很多，所以拥抱和使用3.x版本似乎是必然的。但是奈何Spring并没有提供内置的CacheManager对3.x提供支持，因此此处我总结继承它的两种方案：

  1. 自己实现CacheManager和Cache等相关规范接口
  2. 使用JSR107的JCache（推荐）

上面截图我们能看到support包里是有对jcache（JSR107）的支持，而切好EhCache3.x它实现了JSR107规范（但没有实现Spring-Cache），为了集成它，我们就用现成的方案：jcache+EhCache3.x来实现对Spring的整合。

第一步：先导包

<dependency><groupId>javax.cache</groupId><artifactId>cache-api</artifactId><version>1.1.1</version>
</dependency><dependency><groupId>org.ehcache</groupId><artifactId>ehcache</artifactId><version>3.7.1</version>
</dependency>

先简单看看jcache中JCacheCacheManager的实现：

public class JCacheCacheManager extends AbstractTransactionSupportingCacheManager {// 可见JCacheCacheManager其实就相当于代理，实际做事的是javax.cache.CacheManager@Nullableprivate CacheManager cacheManager;private boolean allowNullValues = true;public JCacheCacheManager() {}public JCacheCacheManager(CacheManager cacheManager) {this.cacheManager = cacheManager;}...@Overridepublic void afterPropertiesSet() {if (getCacheManager() == null) {setCacheManager(Caching.getCachingProvider().getCacheManager());}super.afterPropertiesSet();}// 它使用的是JCacheCache俩把javax.cache.Cache包装起来  类似于适配的效果@Overrideprotected Collection<Cache> loadCaches() {CacheManager cacheManager = getCacheManager();Assert.state(cacheManager != null, "No CacheManager set");Collection<Cache> caches = new LinkedHashSet<>();for (String cacheName : cacheManager.getCacheNames()) {javax.cache.Cache<Object, Object> jcache = cacheManager.getCache(cacheName);caches.add(new JCacheCache(jcache, isAllowNullValues()));}return caches;}@Overrideprotected Cache getMissingCache(String name) {CacheManager cacheManager = getCacheManager();Assert.state(cacheManager != null, "No CacheManager set");// Check the JCache cache again (in case the cache was added at runtime)javax.cache.Cache<Object, Object> jcache = cacheManager.getCache(name);if (jcache != null) {return new JCacheCache(jcache, isAllowNullValues());}return null;}
}

由此可见，实际上JCache就相当于对JSR107做了一层适配，让所有实现了JSR107的缓存方案，都能够用在Spring环境中。

第二步：准备配置（集成）方案，此处给出两种配置方案：

一、使用最容易的JCacheManagerFactoryBean + ehcache.xml的方式：

@EnableCaching
@Configuration
public class CacheConfig extends CachingConfigurerSupport {@Beanpublic JCacheManagerFactoryBean cacheManagerFactoryBean() throws IOException {JCacheManagerFactoryBean factoryBean = new JCacheManagerFactoryBean();// 配置全部写在ehcache.xml这个配置文件内~~~~factoryBean.setCacheManagerUri(new ClassPathResource("ehcache.xml").getURI());return factoryBean;}@Beanpublic CacheManager cacheManager(javax.cache.CacheManager cacheManager) {// 它必须要包装一个javax.cache.CacheManager，也就是Eh107CacheManager才行JCacheCacheManager cacheCacheManager = new JCacheCacheManager();// 方式一：使用`JCacheManagerFactoryBean` + xml配置文件的方式cacheCacheManager.setCacheManager(cacheManager);return cacheCacheManager;
}

ehcache.xml配置文件如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<config xmlns:xsi='http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance'xmlns='http://www.ehcache.org/v3'xsi:schemaLocation="http://www.ehcache.org/v3 http://www.ehcache.org/schema/ehcache-core-3.1.xsd"><!-- <service><jsr107:defaults><jsr107:cache name="demoCache" template="heap-cache"/></jsr107:defaults></service> --><cache-template name="heap-cache"><resources><heap unit="entries">2000</heap><offheap unit="MB">100</offheap></resources></cache-template><!-- 注意：这个cache必须手动配置上，它并不会动态生成 --><cache alias="demoCache" uses-template="heap-cache"><expiry><ttl unit="seconds">40</ttl></expiry></cache></config>

运行上面的单测，结果如下：

模拟去db查询~~~1
----------验证缓存是否生效----------
org.springframework.cache.jcache.JCacheCache@1cc680e
hello cache...

缓存生效（使用的JCacheCache）。

它的基本原理是依赖于Caching.getCachingProvider().getCacheManager()这句代码来生成CacheManager。而EhCache提供了EhcacheCachingProvider实现了CachingProvider接口从而实现了getCacheManager()

使用分布式缓存Redis确实能应对非常多的场景，但是在真正意义上的优化、高速缓存等等都是必须对本地缓存有深入了解的，路远着呢，越来越有趣了

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