本地缓存Ehcache的应用实践 | 京东云技术团队

java本地缓存包含多个框架，其中常用的包括：Caffeine、Guava Cache和Ehcache，其中Caffeine号称本地缓存之王，也是近年来被众多程序员推崇的缓存框架，同时也是SpringBoot内置的本地缓存实现。但是除了Caffeine之外，还有一款也不错的本地缓存框架Ehcache，具有快速、灵活，并支持内存和磁盘缓存，且提供了丰富的配置选项和缓存策略，接下来一起了解下Ehcache。

一、Ehcache是什么

Ehcache是一个开源的Java本地缓存框架，它提供了快速、灵活的缓存解决方案。Ehcache支持内存和磁盘缓存，并且可以与各种Java应用程序集成，包括基于Spring框架的应用程序。它提供了丰富的配置选项和缓存策略，可以帮助开发人员提高应用程序的性能和响应速度。Ehcache还支持分布式缓存，可以与其他缓存系统集成，如Terracotta集群。

二、Ehcache特点

1、 分层存储：

堆内存储： 利用 Java 的堆上 RAM 内存来存储缓存数据。该层使用与 Java 应用程序相同的堆内存，所有这些内存由 JVM 垃圾收集器扫描（GC）。JVM 使用的堆空间越多，垃圾收集暂停对应用程序性能的影响就越大。该存储速度非常快，但通常资源有限。

堆外存储： 大小受可用 RAM 的限制。不受 Java 垃圾收集 (GC) 的影响。速度相当快，但比堆上存储慢，因为在存储和重新访问数据时必须将数据移入和移出 JVM 堆。

磁盘存储： 利用磁盘（文件系统）来存储缓存数据。这种类型的存储资源通常非常丰富，但比基于 RAM 的存储慢一些。对于所有使用磁盘存储的应用程序，建议使用快速且专用的SSD磁盘来优化吞吐量。

集群存储（分布式）： 此数据存储是远程服务器上的缓存。由于网络延迟以及建立客户端/服务器一致性等因素，集群存储会带来额外的性能损耗，性能上会更低一些。

2、 灵活有效期：

**没有期限：**缓存映射在应用存在下永远不会过期；

**生存周期：**缓存映射将在创建后的固定时间后过期；

**空闲时间：**缓存映射将在上次访问后的固定持续时间后过期；

**定制有效期：**通过重载ExpiryPolicy接口实现个性化的过期判断；

接口如下：

返回值定义：

Duration.ZERO：表示立即过期

Duration.INFINITE：映射永远不会过期

Duration.设置具体时间：设置对应的时间后过期

Duration.设置时间周期：设置对应的周期后过期

Duration设置null：之前的过期时间保持不变

3、淘汰策略

**LFU：**访问频率值小的缓存淘汰。

**LRU：**基于最近访问时间来进行淘汰。

**FIFO：**数据项最早进入缓存的时间来进行淘汰。

三、缓存原理

以三层为例：堆内存，堆外存储，本地磁盘存储。

架构图：

说明：cache-manager、cache、element为Ehcache本地缓存的核心，通过数据写入的事务操作保证个层间的一致性。同时基于存储变更监听程序，针对变更的数据以及满足淘汰策略数据进行清理，亦或持久化至本地磁盘；

流程图（基于源码整理）：

待补充

四、实际应用

1、pom引入：

<dependency>    <groupId>org.ehcache</groupId>    <artifactId>ehcache</artifactId>    <version>3.10.0</version>
</dependency>
<dependency>    <groupId>javax.cache</groupId>    <artifactId>cache-api</artifactId>
</dependency>

2、创建实例：

    /*************************** 1.纯内存操作 *****************************/// 1.1 创建缓存 preConfigured 基于 内存CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().withCache("preConfigured",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class, ResourcePoolsBuilder.heap(10))).build(true);// 1.2 获取缓存实例Cache<Long, String> preConfigured = cacheManager.getCache("preConfigured", Long.class, String.class);/*************************** 2.新增实例 *****************************/// 2.1 创建新的实例 并获取实例Cache<Long, String> myCache = cacheManager.createCache("myCache",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class, ResourcePoolsBuilder.heap(10)));/*************************** 3.三层存储-持久化磁盘 *****************************/// 3.1 创建缓存 myData 基于 内存->堆外存储->本地磁盘PersistentCacheManager persistentCacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("/home/export/App/conf/", "myData"))).withCache("threeTieredCache",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class,ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder().heap(10, EntryUnit.ENTRIES).offheap(1, MemoryUnit.MB).disk(20, MemoryUnit.MB, true))).build(true);// 3.2 获取存储实例 threeTieredCacheCache<Long, String> threeTieredCache = persistentCacheManager.getCache("threeTieredCache", Long.class, String.class);/*************************** 4.一个manager管理多个缓存 - 持久化磁盘 *****************************/// 4.1 一个实例管理多个缓存 并且每个缓存都可持久化到本地磁盘PersistentCacheManager persistentCacheManager1 = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("/path/to/persistent/directory1").getAbsoluteFile())).withCache("cache1",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class,ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder().heap(10, EntryUnit.ENTRIES).offheap(1, MemoryUnit.MB).disk(20, MemoryUnit.MB, true))).with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("/path/to/persistent/directory2").getAbsoluteFile())).withCache("cache2",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(String.class, Integer.class,ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder().heap(20, EntryUnit.ENTRIES).offheap(2, MemoryUnit.MB).disk(30, MemoryUnit.MB, true))).build(true);

说明：

a. 上述常见缓存实例的方法有多个，其中第一种为纯内存操作，第三种为三层存储并持久化磁盘实例，下面以第三种方式进行测试验证；

日常应用可以进行组合使用，例如：

•堆内存 + 堆外存储 + 本地磁盘

•堆内存 + 堆外存储

•堆内存 + 本地磁盘

b. 如果选择本地磁盘存储(系统退出前需要使用persistentCacheManager.close();释放资源，方可保证磁盘数据准确），后续系统重启后会加载磁盘内数据至缓存中，使得缓存在有效期内依然有效，可减少应用启动对后端DB的压力；

3、用例

4、结果：

持久化磁盘：

5、结论：

缓存+磁盘测试OK；

有效期数据，失效后不返回；

系统重启加载磁盘数据正常；

👉其他说明：

Ehcache可结合Terracotta插件实现分布式存储，对该部分感兴趣的同学可一起探讨。但是对于线上系统而言，若需分布式存储，建议直接使用redis。Ehcache的分布式实现并不可靠，核心还是采用广播集群方式，实现数据的同步及更新，并且性能受机器IO，磁盘，网络等影响，在实际应用情况下，不会比redis更好。

6、以下为完成测试代码

package com.jx.jxreserve.groupbuy.manager;import com.jd.flash.commons.exception.BaseBusinessException;
import com.jx.jxreserve.groupbuy.common.enums.ErrorCode;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.ehcache.Cache;
import org.ehcache.CacheManager;
import org.ehcache.PersistentCacheManager;
import org.ehcache.config.builders.CacheConfigurationBuilder;
import org.ehcache.config.builders.CacheManagerBuilder;
import org.ehcache.config.builders.ExpiryPolicyBuilder;
import org.ehcache.config.builders.ResourcePoolsBuilder;
import org.ehcache.config.units.EntryUnit;
import org.ehcache.config.units.MemoryUnit;
import org.springframework.stereotype.Component;import java.io.File;
import java.time.Duration;import static org.ehcache.Status.AVAILABLE;/*** @author zhangpengfei9* @version V1.0* Ehcache的测试管理类*/
@Slf4j
@Component
public class EhcacheTestManager {/*************************** 1.纯内存操作 *****************************/// 1.1 创建缓存 preConfigured 基于 内存CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().withCache("preConfigured",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class, ResourcePoolsBuilder.heap(10))).build(true);// 1.2 获取缓存实例Cache<Long, String> preConfigured = cacheManager.getCache("preConfigured", Long.class, String.class);/*************************** 2.新增实例 *****************************/// 2.1 创建新的实例 并获取实例Cache<Long, String> myCache = cacheManager.createCache("myCache",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class, ResourcePoolsBuilder.heap(10)));/*************************** 3.三层存储 *****************************/// 3.1 创建缓存 myData 基于 内存->堆外存储->本地磁盘PersistentCacheManager persistentCacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("/home/export/App/conf/", "groupData"))).withCache("testDiskCache",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class,ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder().heap(10, EntryUnit.ENTRIES).offheap(1, MemoryUnit.MB).disk(20, MemoryUnit.MB, true)).withExpiry(ExpiryPolicyBuilder.timeToLiveExpiration(Duration.ofSeconds(600))) // 设置缓存有效期).build(true);/*************************** 4.多个缓存 - 三层存储 *****************************/// 4.1 一个实例管理多个缓存 并且每个缓存都可持久化到本地磁盘PersistentCacheManager persistentCacheManager1 = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("/home/export/App/conf/").getAbsoluteFile())).withCache("cache1",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class,ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder().heap(10, EntryUnit.ENTRIES).offheap(1, MemoryUnit.MB).disk(20, MemoryUnit.MB, true))).with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("/home/export/App/conf/").getAbsoluteFile())).withCache("cache2",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(String.class, Integer.class,ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder().heap(20, EntryUnit.ENTRIES).offheap(2, MemoryUnit.MB).disk(30, MemoryUnit.MB, true))).build(true);/*** 设置缓存*/public void setEhCache(Long key, String values) throws BaseBusinessException {try {// 获取存储实例 threeTieredCachelog.info("setEhCache.value:{},{}", values, key);Cache<Long, String> testDiskCache = getManagerCache("testDiskCache");testDiskCache.put(key, values);} catch (Exception e) {log.error("setEhCache failure! Exception:", e);throw new BaseBusinessException(ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getCode(), ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getMessage());}}/*** 查询缓存*/public String getEhCache(Long key) throws BaseBusinessException {try {// 获取存储实例 threeTieredCachelog.info("getEhCache.key:{}", key);Cache<Long, String> testDiskCache = getManagerCache("testDiskCache");return testDiskCache.get(key);} catch (Exception e) {log.error("setEhCache failure! Exception:", e);throw new BaseBusinessException(ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getCode(), ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getMessage());}}/*** 设置缓存*/public void closeEhCache() throws BaseBusinessException {try {// 获取存储实例 threeTieredCachelog.info("closeEhCache.persistentCacheManager.close1:{}", persistentCacheManager.getStatus());persistentCacheManager.close();log.info("closeEhCache.persistentCacheManager.close2:{}", persistentCacheManager.getStatus());} catch (Exception e) {log.error("setEhCache failure! Exception:", e);throw new BaseBusinessException(ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getCode(), ErrorCode.SYSTEM_DB_ERROR.getMessage());}}private Cache<Long, String> getManagerCache(String cache) {// 3.1 创建缓存 myData 基于 内存->堆外存储->本地磁盘log.info("persistentCacheManager.getStatus():{}", persistentCacheManager.getStatus());if (AVAILABLE != persistentCacheManager.getStatus()) {persistentCacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().with(CacheManagerBuilder.persistence(new File("/home/export/App/conf/", "groupData"))).withCache("testDiskCache",CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Long.class, String.class,ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder().heap(10, EntryUnit.ENTRIES).offheap(1, MemoryUnit.MB).disk(20, MemoryUnit.MB, true))).build(true);log.info("persistentCacheManager.getStatus1:{}", persistentCacheManager.getStatus());}Cache<Long, String> testDiskCache = persistentCacheManager.getCache(cache, Long.class, String.class);return testDiskCache;}
}

作者：京东零售张鹏飞

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