在日常開發中有很多這樣的場景：有一些業務系統的配置信息，數據量不大，修改頻率不高，但是訪問很頻繁。如果每次程序都從數據庫或集中式緩存中獲取，受限于硬盤 I/O性能、遠程網絡訪問限制等，程序的執行效率不高。在這樣的業務場景中，我們可以通過本地緩存來提升數據訪問的效率。aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

今天我們來基于ConcurrentHashMap與ScheduledThreadPoolExecutor來實現一個線程安全的本地緩存：LocalCache。在LocalCache中支持永久緩存與臨時緩存，永久緩存的數據一直有效，臨時緩存的數據在指定時間到期之后會自動從緩存中移出。aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

LocalCache提供了數據安全的增、刪、改、查功能，具體方法如下所示：aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

1. 設計原理

LocalCache主要由3個部分組成：數據緩存、數據超時時間、數據清理任務。數據緩存和數據超時時間都采用ConcurrentHashMap來存儲數據，數據超時時間中Key為數據存儲的鍵，value是數據的時間戳。數據清理任務采用ScheduledThreadPoolExecutor實現任務調度，默認的任務線程數為1，這樣可以避免多線程帶來的并發修改問題，同時線程都是內存操作，這樣單線程同樣具備高性能。aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

本地緩存的設計如下圖所示：aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

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每次項緩存中插入數據時，LocalCache首先會將數據插入到ConcurrentHashMap中。然后判斷有沒有設置超時時間，如果有超時時間，LocalCache會將失效時間插入到ConcurrentHashMap中，并創建數據清理任務，之后任務提交到ScheduledThreadPoolExecutor線程池中。aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

每次從緩存中查詢數據，LocalCache會直接從ConcurrentHashMap中讀取數據。aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

定時任務線程池會按照超時時間來觸發數據清理任務，數據清理任務會從數據時長的緩存池中獲取Key對應的時間，判斷當前Key對應的數據是否已經到期了。如果數據已經到期了，LocalCache會調用remove方法將數據從緩存池中移除。aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

2. 實現方案

LocalCache作為本地緩存的接口，定義了數據插入、數據刪除、數據查詢的相關接口方法。DefaultLocalCache 定義了兩個ConcurrentHashMap變量：dataMap和timeOutMap。dataMap用來緩存數據信息，timeOutMap用來存儲數據失效的時間戳，同時還定義了數據清理任務ClearTask，ClearTask負責將過期的數據從dataMap中移除。UML圖如下所示：aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

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3. 代碼展示

3.1 接口定義

public interface LocalCache<V> {    /**     * 插入數據，數據永久有效     */    boolean put(String key, V value);    /**     * 插入數據，在指定時間內生效     */    boolean put(String key, V value, int seconds);    /**     * 是否包含指定的key     */    boolean containKey(String key);    /**     * 獲取指定Key的值     */    V get(String key);    /**     * 從緩存中移除key對應的數據     */    void remove(String key);    void shutdownNow();}

在接口LocalCache中定義了兩個數據插入的put接口：一個沒有到期時間，另一個有到期時間。沒有到期時間表示數據永久有效，有到期時間的數據會在到期后從緩存中移除。aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

接口實現

在接口實現DefaultLocalCache內部定義了三個常量：緩存的默認大小DEFAULT_CAPACITY、最大容量MAX_CAPACITY、定時線程池的大小DEFAULT_THREAD_SIZE。核心代碼如下：aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

public class DefaultLocalCache<V> implements LocalCache<V> {    // 默認容量    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 1024;    private static final int MAX_CAPACITY = 100000;    private static final int DEFAULT_THREAD_SIZE = 1;    private final int maxSize;    //數據map    private volatile ConcurrentHashMap<String,V> dataMap;    //過期時間    private final ConcurrentHashMap<String,Long> timeOutMap;    //定時任務    private final ScheduledExecutorService executorService;    public DefaultLocalCache() {        maxSize = MAX_CAPACITY;        dataMap = new ConcurrentHashMap<>(DEFAULT_CAPACITY);        timeOutMap = new ConcurrentHashMap<>(DEFAULT_CAPACITY);        executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(DEFAULT_THREAD_SIZE) ;    }    public DefaultLocalCache(int size) {        maxSize = size;        dataMap = new ConcurrentHashMap<>(DEFAULT_CAPACITY);        timeOutMap = new ConcurrentHashMap<>(DEFAULT_CAPACITY);        executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(DEFAULT_THREAD_SIZE) ;    }    @Override    public boolean put(String key, V value) {        //檢查容量        if(checkCapacity()){            dataMap.put(key,value);            return true;        }        return false;    }    @Override    public boolean put(String key, V value, int seconds) {        if(checkCapacity()){            dataMap.put(key,value);            if(seconds >= 0){                timeOutMap.put(key,getTimeOut(seconds));                ClearTask task = new ClearTask(key);                executorService.schedule(task, seconds, TimeUnit.SECONDS);            }        }        return false;    } ......    class ClearTask implements Runnable{        private String key;        public ClearTask(String key){            this.key = key;        }        @Override        public void run() {            //判斷緩存中是否有key            if(timeOutMap.contains(key)){                //獲取失效時間                Long expire = timeOutMap.get(key);                //如果失效時間大于0，并且比當前時間小，則刪除緩存                if(expire > 0){                    long now = System.currentTimeMillis();                    if(now >= expire){                        remove(key);                    }                }            }        }    }}

在LocalCache的默認實現DefaultLocalCache中，基于ConcurrentHashMap與ScheduledThreadPoolExecutor結合使用，使得LocalCache支持永久緩存與臨時緩存兩種能力。aB228資訊網——每日最新資訊28at.com

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