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姚文老師 · 更新于 2020-05-09

Hibernate 性能之緩存

1. 前言

本節課程和大家一起聊聊性能優化方案之：緩存。通過本節課程學習，你將了解到：

  • 什么是緩存，緩存的作用；
  • HIbernate 中的緩存級別；
  • 如何使用緩存。

2. 緩存

2.1 緩存是什么

現實世界里，緩存是一個無處不在的概念。

家里的米桶中都會儲存大米，需要下鍋時，直接從米桶里拿出來，而不是等米下鍋時去商店采購。只有等到米桶中沒有米時，才會去商店。

米桶就是一個類似于緩存的存儲體，它的作用是用來緩存大米。

程序中，通俗講，緩存就是一個用來臨時存儲數據的地方，便于需要時伸手便可拿到。

更專業上講，緩存可以在兩個速度不匹配的設備之間建立一個緩沖帶，適配兩者速度。

2.2 Hibernate 中的為什么需要緩存

要搞清楚 Hibernate 為什么需要緩存，那就要了解 Hibernate 使用緩存做什么？

Hibernate 的任務是幫助開發者發送 SQL 語句，從數據庫中獲取數據。

這個過程并不輕松。從微觀角度上講，Hibernate 要背上行李，通過縱橫交織的網絡交通，到達數據庫服務器，獲取數據。然后背起數據，繼續行走在四通八達的網絡交通，回到程序中。

運氣不好時，碰到網絡擁堵，就會產生延遲，遇到網絡斷線，則會丟失數據。

理論上講，對于每次的數據請求，這個過程都是必須的。

但是，如果多次的請求是同樣數據的時候，也就是用戶的請求 SQL 是一樣的時候，有必要這么不停地來往于數據庫服務器嗎？

面對這種情況，Hibernate 提供的緩存就起作用了，可以緩存曾經從數據庫中獲取過的數據。如果下次再需要時，只需要從緩存中獲取，而無需翻山涉水，通過網絡獲取。

圖片描述

Hibernate 的緩存主要是存儲曾經操作過的數據，程序邏輯向 Hibernate 發送數據請求操作時，Hibernate 會先查詢緩存中有沒有，如果存在，則直接從緩存中獲取，沒有時，才會行走于網絡通道，從數據庫中獲取。

3. Session 緩存

Hibernate 提供有一級和二級緩存，一級緩存也叫 Session 緩存，二級緩存也叫 SessionFactory 緩存。

前面課程中和大家聊過，Session 的使用原則是，需要時創建，用完后關閉，其作用域一般為方法級別。

一級緩存的生命周期和 Session 是一致的，所以，一級緩存中所存儲的數據其生命周期也不長，其實際意義就論情況來看了。

SessionFactory 在前面也討論過，SessionFactory 是應用程序級別的生命周期，所以與其關聯的緩存中所保存的數據也可以長時間存在。

默認情況下，Hibernate 的一級緩存是可以直接使用的，二級緩存是沒有打開的。需要根據實際情況進行選擇。

驗證一級緩存

需求：在 Session 關閉之前，連續查詢相同的學生兩次。

Session session = sessionFactory.openSession();
Transaction transaction = null;
Student stu = null;
try {
	transaction = session.beginTransaction();
	stu = (Student) session.get(Student.class, new Integer(1));
	System.out.println(stu.getStuName());
	// 查詢前面查詢過的學生
	System.out.println("--------------第二次查詢------------------");
	stu = (Student) session.get(Student.class, new Integer(1));
	System.out.println(stu.getStuName());
	transaction.commit();
} catch (Exception e) {
	transaction.rollback();
} finally {
	session.close();
}

運行結果如下：

Hibernate: 
    select
        student0_.stuId as stuId1_3_0_,
        student0_.classRoomId as classRoo6_3_0_,
        student0_.stuName as stuName2_3_0_,
        student0_.stuPassword as stuPassw3_3_0_,
        student0_.stuPic as stuPic4_3_0_,
        student0_.stuSex as stuSex5_3_0_ 
    from
        Student student0_ 
    where
        student0_.stuId=?
Hibernate
--------------第二次查詢------------------
Hibernate

從輸出結果中能得到什么結論？

只有在第一次查詢的時候，Hibernate 才會向數據庫發送 SQL 語句請求，第二查詢時，不需要再發送 SQL 請求，因為緩存中已經存在。

稍微改動一下上述實例，創建兩個 Session 對象，用來查詢同一個學生：

Session session = sessionFactory.openSession();
Transaction transaction = null;
Student stu = null;
try {
	transaction = session.beginTransaction();
	System.out.println("--------------第一次查詢------------------");
	stu = (Student) session.get(Student.class, new Integer(1));
	System.out.println(stu.getStuName());
} catch (Exception e) {
	transaction.rollback();
} finally {
	session.close();
}

session = sessionFactory.openSession();
try {
	transaction = session.beginTransaction();
	// 查詢前面查詢過的學生
	System.out.println("--------------第二次查詢------------------");
	stu = (Student) session.get(Student.class, new Integer(1));
	System.out.println(stu.getStuName());
	transaction.commit();
} catch (Exception e) {
	transaction.rollback();
} finally {
	session.close();
}

查看控制臺上的輸出結果：

Hibernate: 
    select
        student0_.stuId as stuId1_3_0_,
        student0_.classRoomId as classRoo6_3_0_,
        student0_.stuName as stuName2_3_0_,
        student0_.stuPassword as stuPassw3_3_0_,
        student0_.stuPic as stuPic4_3_0_,
        student0_.stuSex as stuSex5_3_0_ 
    from
        Student student0_ 
    where
        student0_.stuId=?
Hibernate
--------------第二次查詢------------------
Hibernate: 
    select
        student0_.stuId as stuId1_3_0_,
        student0_.classRoomId as classRoo6_3_0_,
        student0_.stuName as stuName2_3_0_,
        student0_.stuPassword as stuPassw3_3_0_,
        student0_.stuPic as stuPic4_3_0_,
        student0_.stuSex as stuSex5_3_0_ 
    from
        Student student0_ 
    where
        student0_.stuId=?
Hibernate

每次查詢都會發送 SQL 請求，這是因為 Session 緩存中的數據只能提供給本 Session 對象使用。不能跨 Session 使用。

  • 當調用 save （）、update （） 或 saveOrUpdate （） 方法傳遞一個對象時，或使用 load （）、 get （）、list （）、iterate （） 方法獲得一個對象時，該對象都將被加入到 Session 的內部緩存中；
  • 可以通過調用 close（）、clear（）、evict（） 方法手工清空緩存中的數據。

前面說過的，Session 生命周期很短，與 Session 關聯的一級緩存的生命周期也很短，所以緩存的命中率是很低的。其對系統性能的改善也有限得很。Session 內部緩存的主要作用是保持 Session 內部數據狀態同步。

4. SessionFactory 緩存

SessionFactory 緩存也稱其為二級緩存，是應用程序級別的緩存。二級緩存在默認情況下是沒有啟動的，如果開發者想使用二級緩存所提供的功能，則需要通過一系列的操作流程方能讓其現身。

Hibernate 本身也提供有二級緩存的功能模塊，但只建議用于測試或學習過程。對于生產環境，Hibernae 建議使用專業的第三方緩存框架，如 EhCache 緩存框架。

常用緩存框架：

  • EhCache；
  • OSCache；
  • SwarmCache；
  • JBossCache。

啟動二級緩存

  1. 在 Hibernate 的主配置文件中啟動并指定二級緩存的實現者；
<property name="cache.use_structured_entries">true</property>
<property name="cache.region.factory_class">org.hibernate.cache.ehcache.EhCacheRegionFactory</property>
  1. 添加 EhCache 相關的 JAR 包。這些 JAR 包都可以在下載的 Hibernate 框架包的 lib 文件夾中找到；
  • ehcache-core-2.4.3.jar；
  • hibernate-ehcache-4.2.0.Final.jar。
  1. 在項目的 src 中添加 EhCache 緩存框架的配置文件 ehcache.xml；

這個配置文件可以在下載的 Hibernate 框架包中的 project 目錄下的 etc 中找到。此配置文件中的內容用來配置緩存管理相關信息。

<ehcache>  
<diskStore path="java.io.tmpdir"/>  
<defaultCache  
        maxElementsInMemory="10000"  
        eternal="false"  
        timeToIdleSeconds="120"  
        timeToLiveSeconds="120"  
        overflowToDisk="true"  
        />  
</ehcache>

配置說明：

  • maxElementsInMemory： 緩存最大數目；
  • eternal ： 緩存是否持久；
  • overflowToDisk ： 是否保存到磁盤，當系統當機時；
  • timeToIdleSeconds ： 當緩存閑置 n 秒后銷毀；
  • timeToLiveSeconds ： 當緩存存活 n 秒后銷毀。
  1. 在需要緩存的實體類上添加 @cache 注解 
@Cache(usage=CacheConcurrencyStrategy.TRANSACTIONAL,include="all",region="student")

只有被 @Cache 注解的實體才會被存儲進二級緩存中，此注解有一個 usage 屬性，用來配置緩存的策略，是一個枚舉類型，有如下幾種選擇：

  • CacheConcurrencyStrategy.NONE；
  • CacheConcurrencyStrategy.NONSTRICT_READ_WRITE： 非嚴格讀寫緩存；
  • CacheConcurrencyStrategy.READ_ONLY： 只讀緩存；
  • CacheConcurrencyStrategy.READ_WRITE： 讀寫緩存；
  • CacheConcurrencyStrategy.TRANSACTIONAL： 事務緩存。

Region 指定二級緩存中的區域名，默認為類或者集合的名字。
include 有幾個選項，non-lazy 當屬性延遲抓取打開時，標記為 lazy=“true” 的實體的屬性可能無法被緩存。

做完上面的事情后，再執行前面的兩個 Session 對象查詢同一個學生的代碼，再查看控制臺上的信息：

Hibernate: 
    select
        student0_.stuId as stuId1_1_0_,
        student0_.classRoomId as classRoo5_1_0_,
        student0_.stuName as stuName2_1_0_,
        student0_.stuPassword as stuPassw3_1_0_,
        student0_.stuSex as stuSex4_1_0_ 
    from
        Student student0_ 
    where
        student0_.stuId=?
學生姓名：Hibernate
--------------第二次查詢------------------
學生姓名：Hibernate

第一次查詢時，需要發送 SQL 請求，第二查詢時，不再發送 SQL 請求，因為查詢過的信息已經被存儲在了二級緩存中，Hibernate 會直接從緩存查詢。

二級緩存并不支持緩存 Blob 類型的數據。

5. 小結

本節課和大家一起了解了 Hibernate 提供的緩存機制，Hibernate 提供了一級緩存和二級緩存。一級緩存因生命周期較短，主要用于內部服務。二級緩存因生命周期較長，命中率會較高，緩存中一般存放經常被訪問、改動不頻繁、數量有限的數據。

有了緩存機制的加持，HIbernate 在響應開發者的請求時，又會少了許多延遲。速度對于程序來講，是一個重要的性能指標。