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玩转mybatis缓存机制

李先生2021-11-12 84人围观

简介 之前我也写过一篇mybatis缓存的文章,介绍了mybatis一级缓存和二级缓存,以及如何定制开发二级缓存,这篇文章增加整理了一些缓存分类,欢迎大家阅读

​ 缓存是一般的ORM 框架都会提供的功能,目的就是提升查询的效率和减少数据库的压力。跟Hibernate 一样,MyBatis 也有一级缓存和二级缓存,并且预留了集成第三方缓存的接口。

  缓存体系结构:

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  MyBatis 跟缓存相关的类都在cache 包里面,其中有一个Cache 接口,只有一个默认的实现类 PerpetualCache,它是用HashMap 实现的。我们可以通过 以下类找到这个缓存的庐山真面目

DefaultSqlSession

  -> BaseExecutor

    -> PerpetualCache localCache

      ->private Map<Object, Object> cache = new HashMap();

  除此之外,还有很多的装饰器,通过这些装饰器可以额外实现很多的功能:回收策略、日志记录、定时刷新等等。但是无论怎么装饰,经过多少层装饰,最后使用的还是基本的实现类(默认PerpetualCache)。可以通过 CachingExecutor 类 Debug 去查看。

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  所有的缓存实现类总体上可分为三类:基本缓存、淘汰算法缓存、装饰器缓存。

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一级缓存(本地缓存):

  一级缓存也叫本地缓存,MyBatis 的一级缓存是在会话(SqlSession)层面进行缓存的。MyBatis 的一级缓存是默认开启的,不需要任何的配置。首先我们必须去弄清楚一个问题,在MyBatis 执行的流程里面,涉及到这么多的对象,那么缓存PerpetualCache 应该放在哪个对象里面去维护?如果要在同一个会话里面共享一级缓存,这个对象肯定是在SqlSession 里面创建的,作为SqlSession 的一个属性。

  DefaultSqlSession 里面只有两个属性,Configuration 是全局的,所以缓存只可能放在Executor 里面维护——SimpleExecutor/ReuseExecutor/BatchExecutor 的父类BaseExecutor 的构造函数中持有了PerpetualCache。在同一个会话里面,多次执行相同的SQL 语句,会直接从内存取到缓存的结果,不会再发送SQL 到数据库。但是不同的会话里面,即使执行的SQL 一模一样(通过一个Mapper 的同一个方法的相同参数调用),也不能使用到一级缓存。

  每当我们使用MyBatis开启一次和数据库的会话,MyBatis会创建出一个SqlSession对象表示一次数据库会话。

  在对数据库的一次会话中,我们有可能会反复地执行完全相同的查询语句,如果不采取一些措施的话,每一次查询都会查询一次数据库,而我们在极短的时间内做了完全相同的查询,那么它们的结果极有可能完全相同,由于查询一次数据库的代价很大,这有可能造成很大的资源浪费。

  为了解决这一问题,减少资源的浪费,MyBatis会在表示会话的SqlSession对象中建立一个简单的缓存,将每次查询到的结果结果缓存起来,当下次查询的时候,如果判断先前有个完全一样的查询,会直接从缓存中直接将结果取出,返回给用户,不需要再进行一次数据库查询了。

  如下图所示,MyBatis会在一次会话的表示—-一个SqlSession对象中创建一个本地缓存(local cache),对于每一次查询,都会尝试根据查询的条件去本地缓存中查找是否在缓存中,如果在缓存中,就直接从缓存中取出,然后返回给用户;否则,从数据库读取数据,将查询结果存入缓存并返回给用户。

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一级缓存的生命周期有多长?

  1. MyBatis在开启一个数据库会话时,会 创建一个新的SqlSession对象,SqlSession对象中会有一个新的Executor对象,Executor对象中持有一个新的PerpetualCache对象;当会话结束时,SqlSession对象及其内部的Executor对象还有PerpetualCache对象也一并释放掉。
  2. 如果SqlSession调用了close()方法,会释放掉一级缓存PerpetualCache对象,一级缓存将不可用;
  3. 如果SqlSession调用了clearCache(),会清空PerpetualCache对象中的数据,但是该对象仍可使用;
  4. SqlSession中执行了任何一个update操作(update()、delete()、insert()) ,都会清空PerpetualCache对象的数据,但是该对象可以继续使用;

SqlSession 一级缓存的工作流程:

  1. 对于某个查询,根据statementId,params,rowBounds来构建一个key值,根据这个key值去缓存Cache中取出对应的key值存储的缓存结果

  2. 判断从Cache中根据特定的key值取的数据数据是否为空,即是否命中;

  3. 如果命中,则直接将缓存结果返回;

  4. 如果没命中:

    1. 去数据库中查询数据,得到查询结果;
    2. 将key和查询到的结果分别作为key,value对存储到Cache中;
    3. 将查询结果返回;

  接下来我们来验证一下,MyBatis 的一级缓存到底是不是只能在一个会话里面共享,以及跨会话(不同session)操作相同的数据会产生什么问题。判断是否命中缓存:如果再次发送SQL 到数据库执行,说明没有命中缓存;如果直接打印对象,说明是从内存缓存中取到了结果。

1、在同一个session 中共享(不同session 不能共享)

//同Session
SqlSession session1 = sqlSessionFactory.openSession();
BlogMapper mapper1 = session1.getMapper(BlogMapper.class);
System.out.println(mapper1.selectBlogById(1002));
System.out.println(mapper1.selectBlogById(1002));

  执行以上sql我们可以看到控制台打印如下信息(需配置mybatis.configuration.log-impl=org.apache.ibatis.logging.stdout.StdOutImpl),会发现我们两次的查询就发送了一次查询数据库的操作,这说明了缓存在发生作用:

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  PS:一级缓存在BaseExecutor 的query()——queryFromDatabase()中存入。在queryFromDatabase()之前会get()。

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());
    。。。。。。try {
                ++this.queryStack;//从缓存中获取
                list = resultHandler == null ? (List)this.localCache.getObject(key) : null;
                if (list != null) {
                    this.handleLocallyCachedOutputParameters(ms, key, parameter, boundSql);
                } else {//缓存中获取不到,查询数据库
                    list = this.queryFromDatabase(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
                }
    。。。。。。
    }

2.同一个会话中,update(包括delete)会导致一级缓存被清空

//同Session
SqlSession session1 = sqlSessionFactory.openSession();
BlogMapper mapper1 = session1.getMapper(BlogMapper.class);
System.out.println(mapper1.selectBlogById(1002));
Blog blog3 = new Blog();
blog3.setBid(1002);
blog3.setName("mybatis缓存机制修改");
mapper1.updateBlog(blog3);
session1.commit();// 注意要提交事务,否则不会清除缓存
System.out.println(mapper1.selectBlogById(1002));

  一级缓存是在BaseExecutor 中的update()方法中调用clearLocalCache()清空的(无条件),query 中会判断。

public int update(MappedStatement ms, Object parameter) throws SQLException {
        ErrorContext.instance().resource(ms.getResource()).activity("executing an update").object(ms.getId());
        if (this.closed) {
            throw new ExecutorException("Executor was closed.");
        } else {
        //清除本地缓存
            this.clearLocalCache();
            return this.doUpdate(ms, parameter);
        }
}

3.其他会话更新了数据,导致读取到脏数据(一级缓存不能跨会话共享)

SqlSession session1 = sqlSessionFactory.openSession();
BlogMapper mapper1 = session1.getMapper(BlogMapper.class);
SqlSession session2 = sqlSessionFactory.openSession();
BlogMapper mapper2 = session2.getMapper(BlogMapper.class);
System.out.println(mapper2.selectBlogById(1002));
Blog blog3 = new Blog();
blog3.setBid(1002);
blog3.setName("mybatis缓存机制1");
mapper1.updateBlog(blog3);
session1.commit();
System.out.println(mapper2.selectBlogById(1002));

一级缓存的不足:

  使用一级缓存的时候,因为缓存不能跨会话共享,不同的会话之间对于相同的数据可能有不一样的缓存。在有多个会话或者分布式环境下,会存在脏数据的问题。如果要解决这个问题,就要用到二级缓存。MyBatis 一级缓存(MyBaits 称其为 Local Cache)无法关闭,但是有两种级别可选:

  1. session 级别的缓存,在同一个 sqlSession 内,对同样的查询将不再查询数据库,直接从缓存中。
  2. statement 级别的缓存,避坑: 为了避免这个问题,可以将一级缓存的级别设为 statement 级别的,这样每次查询结束都会清掉一级缓存。

二级缓存:

  二级缓存是用来解决一级缓存不能跨会话共享的问题的,范围是namespace 级别的,可以被多个SqlSession 共享(只要是同一个接口里面的相同方法,都可以共享),生命周期和应用同步。如果你的MyBatis使用了二级缓存,并且你的Mapper和select语句也配置使用了二级缓存,那么在执行select查询的时候,MyBatis会先从二级缓存中取输入,其次才是一级缓存,即MyBatis查询数据的顺序是:二级缓存 —> 一级缓存 —> 数据库。

  作为一个作用范围更广的缓存,它肯定是在SqlSession 的外层,否则不可能被多个SqlSession 共享。而一级缓存是在SqlSession 内部的,所以第一个问题,肯定是工作在一级缓存之前,也就是只有取不到二级缓存的情况下才到一个会话中去取一级缓存。第二个问题,二级缓存放在哪个对象中维护呢? 要跨会话共享的话,SqlSession 本身和它里面的BaseExecutor 已经满足不了需求了,那我们应该在BaseExecutor 之外创建一个对象。

  实际上MyBatis 用了一个装饰器的类来维护,就是CachingExecutor。如果启用了二级缓存,MyBatis 在创建Executor 对象的时候会对Executor 进行装饰。CachingExecutor 对于查询请求,会判断二级缓存是否有缓存结果,如果有就直接返回,如果没有委派交给真正的查询器Executor 实现类,比如SimpleExecutor 来执行查询,再走到一级缓存的流程。最后会把结果缓存起来,并且返回给用户。

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开启二级缓存的方法

第一步:配置 mybatis.configuration.cache-enabled=true,只要没有显式地设置cacheEnabled=false,都会用CachingExecutor 装饰基本的执行器。

第二步:在Mapper.xml 中配置标签:

<cache type="org.apache.ibatis.cache.impl.PerpetualCache"
    size="1024"
eviction="LRU"
flushInterval="120000"
readOnly="false"/>

基本上就是这样。这个简单语句的效果如下:

  • 映射语句文件中的所有 select 语句的结果将会被缓存。
  • 映射语句文件中的所有 insert、update 和 delete 语句会刷新缓存。
  • 缓存会使用最近最少使用算法(LRU, Least Recently Used)算法来清除不需要的缓存。
  • 缓存不会定时进行刷新(也就是说,没有刷新间隔)。
  • 缓存会保存列表或对象(无论查询方法返回哪种)的 1024 个引用。
  • 缓存会被视为读/写缓存,这意味着获取到的对象并不是共享的,可以安全地被调用者修改,而不干扰其他调用者或线程所做的潜在修改。

这个更高级的配置创建了一个 FIFO 缓存,每隔 60 秒刷新,最多可以存储结果对象或列表的 512 个引用,而且返回的对象被认为是只读的,因此对它们进行修改可能会在不同线程中的调用者产生冲突。可用的清除策略有:

  • LRU – 最近最少使用:移除最长时间不被使用的对象。
  • FIFO – 先进先出:按对象进入缓存的顺序来移除它们。
  • SOFT – 软引用:基于垃圾回收器状态和软引用规则移除对象。
  • WEAK – 弱引用:更积极地基于垃圾收集器状态和弱引用规则移除对象。

默认的清除策略是 LRU。

flushInterval(刷新间隔)属性可以被设置为任意的正整数,设置的值应该是一个以毫秒为单位的合理时间量。 默认情况是不设置,也就是没有刷新间隔,缓存仅仅会在调用语句时刷新。

size(引用数目)属性可以被设置为任意正整数,要注意欲缓存对象的大小和运行环境中可用的内存资源。默认值是 1024。

readOnly(只读)属性可以被设置为 true 或 false。只读的缓存会给所有调用者返回缓存对象的相同实例。 因此这些对象不能被修改。这就提供了可观的性能提升。而可读写的缓存会(通过序列化)返回缓存对象的拷贝。 速度上会慢一些,但是更安全,因此默认值是 false。

  注:二级缓存是事务性的。这意味着,当 SqlSession 完成并提交时,或是完成并回滚,但没有执行 flushCache=true 的 insert/delete/update 语句时,缓存会获得更新。

  Mapper.xml 配置了之后,select()会被缓存。update()、delete()、insert()会刷新缓存。:如果cacheEnabled=true,Mapper.xml 没有配置标签,还有二级缓存吗?(没有)还会出现CachingExecutor 包装对象吗?(会)

  只要cacheEnabled=true 基本执行器就会被装饰。有没有配置,决定了在启动的时候会不会创建这个mapper 的Cache 对象,只是最终会影响到CachingExecutorquery 方法里面的判断。如果某些查询方法对数据的实时性要求很高,不需要二级缓存,怎么办?我们可以在单个Statement ID 上显式关闭二级缓存(默认是true):

<select id="selectBlog" resultMap="BaseResultMap" useCache="false">

  二级缓存验证(验证二级缓存需要先开启二级缓存)

1、事务不提交,二级缓存不存在

System.out.println(mapper1.selectBlogById(1002));
// 事务不提交的情况下,二级缓存不会写入
// session1.commit();
System.out.println(mapper2.selectBlogById(1002));

  为什么事务不提交,二级缓存不生效?因为二级缓存使用TransactionalCacheManager(TCM)来管理,最后又调用了TransactionalCache 的getObject()、putObject 和commit()方法,TransactionalCache里面又持有了真正的Cache 对象,比如是经过层层装饰的PerpetualCache。在putObject 的时候,只是添加到了entriesToAddOnCommit 里面,只有它的commit()方法被调用的时候才会调用flushPendingEntries()真正写入缓存。它就是在DefaultSqlSession 调用commit()的时候被调用的。

2、使用不同的session 和mapper,验证二级缓存可以跨session 存在取消以上commit()的注释

3、在其他的session 中执行增删改操作,验证缓存会被刷新

System.out.println(mapper1.selectBlogById(1002));
//主键自增返回测试
Blog blog3 = new Blog();
blog3.setBid(1002);
blog3.setName("mybatis缓存机制");
mapper1.updateBlog(blog3);
session1.commit();
System.out.println(mapper2.selectBlogById(1002));

  为什么增删改操作会清空缓存?在CachingExecutor 的update()方法里面会调用flushCacheIfRequired(ms),isFlushCacheRequired 就是从标签里面渠道的flushCache 的值。而增删改操作的flushCache 属性默认为true。

什么时候开启二级缓存?

一级缓存默认是打开的,二级缓存需要配置才可以开启。那么我们必须思考一个问题,在什么情况下才有必要去开启二级缓存?

  1. 因为所有的增删改都会刷新二级缓存,导致二级缓存失效,所以适合在查询为主的应用中使用,比如历史交易、历史订单的查询。否则缓存就失去了意义。
  2. 如果多个namespace 中有针对于同一个表的操作,比如Blog 表,如果在一个namespace 中刷新了缓存,另一个namespace 中没有刷新,就会出现读到脏数据的情况。所以,推荐在一个Mapper 里面只操作单表的情况使用。

  如果要让多个namespace 共享一个二级缓存,应该怎么做?跨namespace 的缓存共享的问题,可以使用来解决:

<cache-ref namespace="com.wuzz.crud.dao.DepartmentMapper" />

  cache-ref 代表引用别的命名空间的Cache 配置,两个命名空间的操作使用的是同一个Cache。在关联的表比较少,或者按照业务可以对表进行分组的时候可以使用。

  注意:在这种情况下,多个Mapper 的操作都会引起缓存刷新,缓存的意义已经不大了.

第三方缓存做二级缓存

  除了MyBatis 自带的二级缓存之外,我们也可以通过实现Cache 接口来自定义二级缓存。MyBatis 官方提供了一些第三方缓存集成方式,比如ehcache 和redis:https://github.com/mybatis/redis-cache ,这里就不过多介绍了。当然,我们也可以使用独立的缓存服务,不使用MyBatis 自带的二级缓存。

自定义缓存:

  除了上述自定义缓存的方式,你也可以通过实现你自己的缓存,或为其他第三方缓存方案创建适配器,来完全覆盖缓存行为。

<cache type="com.domain.something.MyCustomCache"/>

  这个示例展示了如何使用一个自定义的缓存实现。type 属性指定的类必须实现 org.mybatis.cache.Cache 接口,且提供一个接受 String 参数作为 id 的构造器。 这个接口是 MyBatis 框架中许多复杂的接口之一,但是行为却非常简单。

public interface Cache {
  String getId();
  int getSize();
  void putObject(Object key, Object value);
  Object getObject(Object key);
  boolean hasKey(Object key);
  Object removeObject(Object key);
  void clear();
}

  为了对你的缓存进行配置,只需要简单地在你的缓存实现中添加公有的 JavaBean 属性,然后通过 cache 元素传递属性值,例如,下面的例子将在你的缓存实现上调用一个名为 setCacheFile(String file) 的方法:

<cache type="com.domain.something.MyCustomCache">
  <property name="cacheFile" value="/tmp/my-custom-cache.tmp"/>
</cache>

  你可以使用所有简单类型作为 JavaBean 属性的类型,MyBatis 会进行转换。 你也可以使用占位符(如 ${cache.file}),以便替换成在配置文件属性中定义的值。从版本 3.4.2 开始,MyBatis 已经支持在所有属性设置完毕之后,调用一个初始化方法。 如果想要使用这个特性,请在你的自定义缓存类里实现 org.apache.ibatis.builder.InitializingObject 接口。

public interface InitializingObject {
  void initialize() throws Exception;
}

  请注意,缓存的配置和缓存实例会被绑定到 SQL 映射文件的命名空间中。 因此,同一命名空间中的所有语句和缓存将通过命名空间绑定在一起。 每条语句可以自定义与缓存交互的方式,或将它们完全排除于缓存之外,这可以通过在每条语句上使用两个简单属性来达成。 默认情况下,语句会这样来配置:

<select ... flushCache="false" useCache="true"/>
<insert ... flushCache="true"/>
<update ... flushCache="true"/>
<delete ... flushCache="true"/>

  鉴于这是默认行为,显然你永远不应该以这样的方式显式配置一条语句。但如果你想改变默认的行为,只需要设置 flushCache 和 useCache 属性。比如,某些情况下你可能希望特定 select 语句的结果排除于缓存之外,或希望一条 select 语句清空缓存。类似地,你可能希望某些 update 语句执行时不要刷新缓存。

文章转载至:https://www.cnblogs.com/wuzhenzhao/p/11103043.html

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