myBatis源码解析-缓存篇（2）

上一章分析了mybatis的源码的日志模块，像我们经常说的mybatis一级缓存，二级缓存，缓存究竟在底层是怎样实现的。此次开始分析缓存模块

1. 源码位置，mybatis源码包位于org.apache.ibatis.cache下，如图

2. 先从org.apache.ibatis.cache下的cache接口开始

// 缓存接口
public interface Cache {
  // 获取缓存ID
  String getId();
  // 放入缓存
  void putObject(Object key, Object value);
  // 获取缓存
  Object getObject(Object key);
  // 移除某一缓存
  Object removeObject(Object key);
  // 清除缓存
  void clear();
  // 获取缓存大小
  int getSize();
  // 获取锁
  ReadWriteLock getReadWriteLock();
}

mybatis提供了自定义的缓存接口，功能通俗易懂，没什么好解释的。有接口，必然有实现，看一下缓存接口的基本实现类PerpetualCache，所在路径为org.apache.ibatis.cache.impl下。

public class PerpetualCache implements Cache {

  // 缓存的ID
  private String id;
  // 使用HashMap充当缓存（老套路，缓存底层实现基本都是map）
  private Map<Object, Object> cache = new HashMap<Object, Object>();
  // 唯一构造方法（即缓存必须有ID）
  public PerpetualCache(String id) {
    this.id = id;
  }
  // 获取缓存的唯一ID
  public String getId() {
    return id;
  }
  // 获取缓存的大小，实际就是hashmap的大小
  public int getSize() {
    return cache.size();
  }
  // 放入缓存，实际就是放入hashmap
  public void putObject(Object key, Object value) {
    cache.put(key, value);
  }
  // 从缓存获取，实际就是从hashmap中获取
  public Object getObject(Object key) {
    return cache.get(key);
  }
  // 从缓存移除
  public Object removeObject(Object key) {
    return cache.remove(key);
  }
  // hashmap清除数据方法
  public void clear() {
    cache.clear();
  }
  // 暂时没有其实现
  public ReadWriteLock getReadWriteLock() {
    return null;
  }
  // 缓存是否相同
  public boolean equals(Object o) {
    if (getId() == null) throw new CacheException("Cache instances require an ID.");
    if (this == o) return true; // 缓存本身，肯定相同
    if (!(o instanceof Cache)) return false; // 没有实现cache类，直接返回false

    Cache otherCache = (Cache) o; // 强制转换为cache
    return getId().equals(otherCache.getId()); // 直接比较ID是否相等
  }
  // 获取hashCode
  public int hashCode() {
    if (getId() == null) throw new CacheException("Cache instances require an ID.");
    return getId().hashCode();
  }

}

如上分析，mybatis的基本缓存实现类其实就是内部维护了一个HashMap,通过对HashMap操作来实现基本的功能。但需要注意的是，判断两个缓存是否相等，是比较的缓存ID是否相等。看Cache otherCache = (Cache) o;也就是说缓存接口可能有多种实现，也确实如此。PerpetualCache只提供了缓存的基本实现功能，但一看HashMap就是不安全的类，多线程下肯定会出问题。又比如说我想这个缓存有固定大小，缓存过期策越为先进先出或者LRU功能等。myabtis肯定想到这点，查看org.apache.ibatis.cache.decorators包。看名字就知道用到了装饰者模式。查看包下的类，如SynchronizedCache为缓存保障了线程安全，LruCache定义了缓存的过期策略为淘汰最近最少访问的数据，LoggIngCache提供了日志打印功能。用户想让自己的缓存具备什么功能，就使用这些装饰者类进行装饰。

3. 分析缓存装饰类SynchronizedCache

// 在操作前加锁，保证线程安全
  @Override
  public synchronized int getSize() {
    return delegate.getSize();
  }

  @Override
  public synchronized void putObject(Object key, Object object) {
    delegate.putObject(key, object);
  }

  @Override
  public synchronized Object getObject(Object key) {
    return delegate.getObject(key);
  }

  @Override
  public synchronized Object removeObject(Object key) {
    return delegate.removeObject(key);
  }

  @Override
  public synchronized void clear() {
    delegate.clear();
  }

很简单。就是在方法前使用synchronized加锁，保证线程安全。

4. 分析缓存装饰类LruCache

介绍LruCache前，先介绍下Lru的实现，Lru是很常用的淘汰策略，意为最近最少使用的对象。查看LruCache，发现内部使用了LinkedHashMap，熟悉LinkedHashMap的伙伴应该知道了。我们一般手写LRU功能就是通过复写LinkedHashMap的方法来实现，LruCache也一样。先大致了解下LinkedHashMap。

public class LinkedHashMap<K,V>
    extends HashMap<K,V>
    implements Map<K,V>

LinkedHashMap继承HashMap类,实际上就是对HashMap的一个封装。

// 内部维护了一个自定义的Entry，集成HashMap中的node类
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
        // linkedHashmap用来连接节点的字段，根据这两个字段可查找按顺序插入的节点
        Entry<K,V> before, after;
        Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
    }

查看LinkedHashMap构造方法，具体访问顺序见下文分析

public LinkedHashMap(int initialCapacity,
                         float loadFactor,
                         boolean accessOrder) {
        // 调用HashMap的构造方法
        super(initialCapacity, loadFactor);
        // 访问顺序维护，默认false不开启
        this.accessOrder = accessOrder;
    }

引入两张图来理解下HashMap和LinkedHashMap

以上时HashMap的结构，采用拉链法解决冲突。LinkedHashMap在HashMap基础上增加了一个双向链表来表示节点插入顺序。

如上，节点上多出的红色和蓝色箭头代表了Entry中的before和after。在put元素时，会自动在尾节点后加上该元素，维持双向链表。了解LinkedHashMap结构后，在看看究竟什么是维护节点的访问顺序。先说结论，当开启accessOrder后，在对元素进行get操作时，会将该元素放在双向链表的队尾节点。源码如下：

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
       // 调用HashMap的getNode方法，获取元素
        if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
            return null;
       // 默认为false，如果开启维护链表访问顺序，执行如下方法
        if (accessOrder)
            afterNodeAccess(e);
        return e.value;
    }


// 方法实现（将e放入尾节点处）
void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
        LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
        // 当节点不是双向链表的尾节点时
        if (accessOrder && (last = tail) != e) {
            LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
                (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after; // 将待调整的e节点赋值给p
           
            p.after = null;
            if (b == null) // 说明e为头节点，将老e的下一节点值为头节点
                head = a;
            else
                b.after = a;// 否则，e的上一节点直接指向e的下一节点
            if (a != null)
                a.before = b; // e的下一节点的上节点为e的上一节点
            else
                last = b;  
            if (last == null)
                head = p;  
            else {
                p.before = last;   // last和p互相连接
                last.after = p;
            }
            tail = p;   // 将双向链表的尾节点指向p
            ++modCount; // 修改次数加以
        }
    }

代码很简单，如上面的图，我访问了节点值为3的节点，那木经过get操作后，结构变成如下

经过如上分析我们知道，如果限制双向链表的长度，每次删除头节点的值，就变为一个lru的淘汰策略了。举个例子，我想限制双向链表的长度为3，依次put 1 2 3，链表为 1 -> 2 -> 3，访问元素2，链表变为 1 -> 3-> 2，然后put 4 ，发现链表长度超过3了，淘汰1，链表变为3 -> 2 ->4；

那木linkedHashMap是怎样知道自定义的限制策略，看代码，因为LinkedHashMap中没有提供自己的put方法，是直接调用的HashMap的put方法，查看hashMap代码如下：

// hashMap
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        // 看这个方法
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

// linkedHashMap重写了此方法

 void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldest
        LinkedHashMap.Entry<K,V> first;
        // removeEldestEntry默认返回fasle
        if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {
            K key = first.key;
            // 移除双向链表中的头指针元素
            removeNode(hash(key), key, null, false, true);
        }
    }