How to use soft references to implement efficient caching mechanism in Java?

软引用和强引用

对于同一个读请求，只需要在第一次访问时从数据库中查询数据，并将查询到的数据保存到缓存中，之后的查询请求就可以直接在缓存中获取，从而减少对数据库的访问次数。

这种情况我们生活种经常会看到，比如访问某app某商品，第一次进去会加载一会会，后面继续点击是直接出现。

根据目前所学知识，我们可以使用 HashMap 在内存级别实现缓存功能。

例如，可以使用一个 HashMap 对象保存客户端第一次请求的结果，之后，当客户端再次发起读请求时，就从 HashMap 对象中遍历查询，如果 HashMap 中已经保存过客户要查询的数据，就直接返回，否则再向数据库发起查询请求，并将查询结果保存到 HashMap 中。

这种缓存的设计思路十分简单，但也存在一个问题：HashMap 中缓存的数据何时被清空？

内存容量是有限制的，如果永无止尽的向 HashMap 缓存数据，显然会对内存容量带来压力。一种解决方案就是使用 JVM 提供的软引用，实现对 HashMap 中缓存数据的淘汰策略。

开发中最常使用的是强引用，例如 Goods goods = new Goods() 就创建了一个强引用对象“goods”。只要强引用的作用域没有结束，或者没有被开发者手工设置为 null，那么强引用对象会始终存在于 JVM 内存中。

而 JVM 提供的软引用就比较灵活：当 JVM 的内存足够时，GC 对待软引用和强引用的方式是一样的；但当 JVM 的内存不足时，GC 就会去主动回收软引用对象。

可见，非常适合将缓存的对象存放在软引用中。软引用需要借助 JDK 提供的 java.lang.ref.SoftReference 类来实现。

项目

使用idea创建一个maven项目

结构如下

首先对Good实体类进行编写。

要求，goods有属性id，name并书写他的getset方法，以及有参无参构造器。

这里代码省略。

然后我们在goodbase里面编写代码，模拟一个数据库

里面主要有hashmap，并且通过get方法，得到该hashmap

public class GoodsBase {
    private static Map<String, Goods> base = new HashMap<>();
    public static Map<String, Goods> getBase() {
        return base;
    }
}

然后书写goodscache缓存类

这里我们需要接触一个新关键字volatile

• 使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存；

• 使用volatile关键字的话，当主线程修改时，会导致RunThread的工作内存中isRunning变量的缓存值变得无效。

• 由于RunThread的工作内存中缓存变量isRunning缓存无效，所以会再次从主存中读取isRunning变量值。

在map里面通过泛型把缓存对象存储在软引用里面（map里面）

代码如下：

public class GoodsCache {
    private volatile static GoodsCache goodsCache;
    public GoodsCache(){
        this.cache = new HashMap<>();
    }
    public static GoodsCache getGoodsCache() {
        if(goodsCache == null) {
            synchronized (GoodsCache.class){
                if(goodsCache == null){
                    goodsCache = new GoodsCache();
                }
            }
        }
        return goodsCache;
    }
    // 将缓存对象存储在软引用中
    private Map<String, SoftReference<Goods>> cache;
    // 根据id存储缓存Goods对象
    public void setCache(Goods goods) {
        cache.put(goods.getId(), new SoftReference<Goods>(goods));
        System.out.println("添加数据到缓存成功");
    }
    // 根据id从缓存中获取对象
    public Goods getCache(String id) {
        // 根据id，获取缓存对象的软引用
        SoftReference<Goods> softRef = cache.get(id);
        return softRef == null ? null : softRef.get();
    }
    public void delCache(String id) {
        cache.remove(id);
        System.out.println("从缓存删除数据成功");
    }
}

goodsservice模拟数据库增删改查

接下来我们书写goodsservice代码，来模拟数据库增删改查，不过我们是通过id来进行

public class GoodsService {
    GoodsCache goodsCache = GoodsCache.getGoodsCache();
    public Goods getById(String id){
        if(goodsCache.getCache(id) == null){
            Goods goods = GoodsBase.getBase().get(id);
            goodsCache.setCache(goods);
            System.out.println("从数据库读取数据");
            System.out.println(goods.getName());
            return goods;
        }
        System.out.println(goodsCache.getCache(id).getName());
        return goodsCache.getCache(id);
    }
    public void add(Goods goods){
        goodsCache.setCache(goods);
        GoodsBase.getBase().put(goods.getId(), goods);
        System.out.println("添加数据到数据库");
    }
    public void deleteById(String id){
        if(goodsCache.getCache(id) != null){
            goodsCache.delCache(id);
        }
        GoodsBase.getBase().remove(id);
    }
}

最后我们书写test文件

运行结果

可以看到第二次运行 goodsService.getById("1"); 是从缓存中直接读取的数据，也可以看出，其实用软引用实现缓存机制，读取的对象是同一个对象。

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