Ehcache 是一个广泛使用的 Java 缓存框架，其底层实现基于内存和磁盘存储，提供了高效的缓存管理功能。

Ehcache 的核心组件

CacheManager

  • 作用：管理多个缓存实例（Cache）；

  • 功能：负责创建、配置和销毁缓存实例；

  • 实现：通常通过单例模式实现，确保全局唯一。

Cache

  • 作用：存储缓存数据；

  • 功能：提供缓存的读写、删除和清理操作；

  • 实现：基于内存和磁盘存储，支持多种缓存策略。

Store

  • 作用：实际存储缓存数据；

  • 类型

    • MemoryStore：基于内存的存储，使用 Java 堆或堆外内存；

    • DiskStore：基于磁盘的存储，用于持久化缓存数据；

    • TieredStore：多级存储，结合内存和磁盘存储。

Eviction Algorithm

  • 作用：决定缓存数据的淘汰策略；

  • 常见策略

    • LRU（Least Recently Used）：淘汰最近最少使用的数据；

    • LFU（Least Frequently Used）：淘汰使用频率最低的数据；

    • FIFO（First In First Out）：淘汰最早进入缓存的数据。

CacheLoaderWriter

  • 作用：在缓存未命中时，从外部数据源加载数据；

  • 功能：支持缓存穿透时的数据加载。

Ehcache 的存储结构

内存存储（MemoryStore）

  • 堆内存（On-Heap）

    • 使用 Java 堆内存存储缓存数据；

    • 优点：访问速度快；

    • 缺点：受 JVM 堆大小限制，可能引发 GC 压力。

  • 堆外内存（Off-Heap）

    • 使用 JVM 堆外内存（Direct Memory）存储缓存数据；

    • 优点：不受 JVM 堆大小限制，减少 GC 压力；

    • 缺点：访问速度略慢于堆内存。

磁盘存储（DiskStore）

  • 持久化缓存

    • 将缓存数据持久化到磁盘，防止内存溢出或应用重启时数据丢失；

    • 支持本地文件系统或分布式存储。

  • 磁盘溢出（Overflow to Disk）

    • 当内存存储达到上限时，将部分数据写入磁盘。

Ehcache 的缓存淘汰机制

基于容量的淘汰

  • 当缓存中的数据量达到配置的最大容量时，触发淘汰机制；

  • 淘汰策略包括 LRU、LFU 和 FIFO。

基于时间的淘汰

  • TTL（Time To Live）：缓存数据的存活时间；

  • TTI（Time To Idle）：缓存数据的空闲时间。

手动淘汰

  • 通过调用 remove() 或 clear() 方法手动删除缓存数据。

Ehcache 的并发控制

分段锁（Striped Locking）

  • 将缓存数据划分为多个段（Segment），每个段使用独立的锁；

  • 减少锁竞争，提高并发性能。

读写锁（ReadWrite Lock）

  • 读操作共享锁，写操作独占锁；

  • 提高读操作的并发性。

CAS（Compare and Swap）

  • 使用 CAS 操作实现无锁并发控制；

  • 适用于高并发场景。

Ehcache 的持久化机制

本地磁盘持久化

  • 将缓存数据写入本地文件系统；

  • 支持序列化和反序列化。

分布式持久化

  • 将缓存数据写入分布式存储系统（如 Terracotta）；

  • 支持高可用性和数据一致性。

Ehcache 的缓存加载机制

CacheLoader

  • 在缓存未命中时，自动调用 CacheLoader 加载数据；

  • 适用于单机缓存。

CacheLoaderWriter

  • 在缓存未命中时，自动调用 CacheLoaderWriter 加载数据；

  • 适用于分布式缓存。

Ehcache 的配置示例

  • XML 配置

    <ehcache xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://www.ehcache.org/ehcache.xsd">
    <cache alias="myCache">
        <heap unit="entries">1000</heap>
        <offheap unit="MB">100</offheap>
        <diskstore path="/tmp/ehcache"/>
        <expiry>
            <tti unit="seconds">60</tti>
        </expiry>
    </cache>
</ehcache>

  • Java 配置

    CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().build();
cacheManager.init();

CacheConfigurationBuilder<String, String> config = CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(
    String.class, String.class, ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder()
        .heap(1000, EntryUnit.ENTRIES)
        .offheap(100, MemoryUnit.MB)
        .disk(10, MemoryUnit.GB, "/tmp/ehcache")
);

Cache<String, String> myCache = cacheManager.createCache("myCache", config);