明月松間照 清泉石上流

Hibernate的緩存機(jī)制介紹　

緩存是介于應(yīng)用程序和物理數(shù)據(jù)源之間，其作用是為了降低應(yīng)用程序?qū)ξ锢頂?shù)據(jù)源訪問的頻次，從而提高了應(yīng)用的運(yùn)行性能。緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)是對(duì)物理數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)的復(fù)制，應(yīng)用程序在運(yùn)行時(shí)從緩存讀寫數(shù)據(jù)，在特定的時(shí)刻或事件會(huì)同步緩存和物理數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。

　　 緩存的介質(zhì)一般是內(nèi)存，所以讀寫速度很快。但如果緩存中存放的數(shù)據(jù)量非常大時(shí)，也會(huì)用硬盤作為緩存介質(zhì)。緩存的實(shí)現(xiàn)不僅僅要考慮存儲(chǔ)的介質(zhì)，還要考慮到管理緩存的并發(fā)訪問和緩存數(shù)據(jù)的生命周期。

　　Hibernate 的緩存包括 Session 的緩存和 SessionFactory 的緩存，其中 SessionFactory 的緩存又可以分為兩類：內(nèi)置緩存和外置緩存。 Session 的緩存是內(nèi)置的，不能被卸載，也被稱為 Hibernate 的第一級(jí)緩存。 SessionFactory 的內(nèi)置緩存和 Session 的緩存在實(shí)現(xiàn)方式上比較相似，前者是 SessionFactory 對(duì)象的一些集合屬性包含的數(shù)據(jù)，后者是指 Session 的一些集合屬性包含的數(shù)據(jù)。 SessionFactory 的內(nèi)置緩存中存放了映射元數(shù)據(jù)和預(yù)定義 SQL 語句，映射元數(shù)據(jù)是映射文件中數(shù)據(jù)的拷貝，而預(yù)定義 SQL 語句是在 Hibernate 初始化階段根據(jù)映射元數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來， SessionFactory 的內(nèi)置緩存是只讀的，應(yīng)用程序不能修改緩存中的映射元數(shù)據(jù)和預(yù)定義 SQL 語句，因此 SessionFactory 不需要進(jìn)行內(nèi)置緩存與映射文件的同步。 SessionFactory 的外置緩存是一個(gè)可配置的插件。在默認(rèn)情況下， SessionFactory 不會(huì)啟用這個(gè)插件。外置緩存的數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的拷貝，外置緩存的介質(zhì)可以是內(nèi)存或者硬盤。 SessionFactory 的外置緩存也被稱為 Hibernate 的第二級(jí)緩存。

　　Hibernate 的這兩級(jí)緩存都位于持久化層，存放的都是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的拷貝，那么它們之間的區(qū)別是什么呢？為了理解二者的區(qū)別，需要深入理解持久化層的緩存的兩個(gè)特性：緩存的范圍和緩存的并發(fā)訪問策略。

持久化層的緩存的范圍

　　 緩存的范圍決定了緩存的生命周期以及可以被誰訪問。緩存的范圍分為三類。

　　1 事務(wù)范圍：緩存只能被當(dāng)前事務(wù)訪問。緩存的生命周期依賴于事務(wù)的生命周期，當(dāng)事務(wù)結(jié)束時(shí)，緩存也就結(jié)束生命周期。在此范圍下，緩存的介質(zhì)是內(nèi)存。事務(wù)可以是數(shù)據(jù)庫事務(wù)或者應(yīng)用事務(wù)，每個(gè)事務(wù)都有獨(dú)自的緩存，緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)通常采用相互關(guān)聯(lián)的的對(duì)象形式。

　　2 進(jìn)程范圍：緩存被進(jìn)程內(nèi)的所有事務(wù)共享。這些事務(wù)有可能是并發(fā)訪問緩存，因此必須對(duì)緩存采取必要的事務(wù)隔離機(jī)制。緩存的生命周期依賴于進(jìn)程的生命周期，進(jìn)程結(jié)束時(shí)，緩存也就結(jié)束了生命周期。進(jìn)程范圍的緩存可能會(huì)存放大量的數(shù)據(jù)，所以存放的介質(zhì)可以是內(nèi)存或硬盤。緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)既可以是相互關(guān)聯(lián)的對(duì)象形式也可以是對(duì)象的松散數(shù)據(jù)形式。松散的對(duì)象數(shù)據(jù)形式有點(diǎn)類似于對(duì)象的序列化數(shù)據(jù)，但是對(duì)象分解為松散的算法比對(duì)象序列化的算法要求更快。

　　3 集群范圍：在集群環(huán)境中，緩存被一個(gè)機(jī)器或者多個(gè)機(jī)器的進(jìn)程共享。緩存中的數(shù)據(jù)被復(fù)制到集群環(huán)境中的每個(gè)進(jìn)程節(jié)點(diǎn)，進(jìn)程間通過遠(yuǎn)程通信來保證緩存中的數(shù)據(jù)的一致性，緩存中的數(shù)據(jù)通常采用對(duì)象的松散數(shù)據(jù)形式。

　　 對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來說，應(yīng)該慎重地考慮是否需要使用集群范圍的緩存，因?yàn)樵L問的速度不一定會(huì)比直接訪問數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的速度快多少。

　　 持久化層可以提供多種范圍的緩存。如果在事務(wù)范圍的緩存中沒有查到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，還可以到進(jìn)程范圍或集群范圍的緩存內(nèi)查詢，如果還是沒有查到，那么只有到數(shù)據(jù)庫中查詢。事務(wù)范圍的緩存是持久化層的第一級(jí)緩存，通常它是必需的；進(jìn)程范圍或集群范圍的緩存是持久化層的第二級(jí)緩存，通常是可選的。

持久化層的緩存的并發(fā)訪問策略

　　 當(dāng)多個(gè)并發(fā)的事務(wù)同時(shí)訪問持久化層的緩存的相同數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)引起并發(fā)問題，必須采用必要的事務(wù)隔離措施。

　　 在進(jìn)程范圍或集群范圍的緩存，即第二級(jí)緩存，會(huì)出現(xiàn)并發(fā)問題。因此可以設(shè)定以下四種類型的并發(fā)訪問策略，每一種策略對(duì)應(yīng)一種事務(wù)隔離級(jí)別。

　　 事務(wù)型：僅僅在受管理環(huán)境中適用。它提供了 Repeatable Read 事務(wù)隔離級(jí)別。對(duì)于經(jīng)常被讀但很少修改的數(shù)據(jù)，可以采用這種隔離類型，因?yàn)樗梢苑乐古K讀和不可重復(fù)讀這類的并發(fā)問題。

　　 讀寫型：提供了 Read Committed 事務(wù)隔離級(jí)別。僅僅在非集群的環(huán)境中適用。對(duì)于經(jīng)常被讀但很少修改的數(shù)據(jù)，可以采用這種隔離類型，因?yàn)樗梢苑乐古K讀這類的并發(fā)問題。

　　 非嚴(yán)格讀寫型：不保證緩存與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一致性。如果存在兩個(gè)事務(wù)同時(shí)訪問緩存中相同數(shù)據(jù)的可能，必須為該數(shù)據(jù)配置一個(gè)很短的數(shù)據(jù)過期時(shí)間，從而盡量避免臟讀。對(duì)于極少被修改，并且允許偶爾臟讀的數(shù)據(jù)，可以采用這種并發(fā)訪問策略。

　　 只讀型：對(duì)于從來不會(huì)修改的數(shù)據(jù)，如參考數(shù)據(jù)，可以使用這種并發(fā)訪問策略。

　　 事務(wù)型并發(fā)訪問策略是事務(wù)隔離級(jí)別最高，只讀型的隔離級(jí)別最低。事務(wù)隔離級(jí)別越高，并發(fā)性能就越低。

什么樣的數(shù)據(jù)適合存放到第二級(jí)緩存中？

1 很少被修改的數(shù)據(jù)

2 不是很重要的數(shù)據(jù)，允許出現(xiàn)偶爾并發(fā)的數(shù)據(jù)

3 不會(huì)被并發(fā)訪問的數(shù)據(jù)

4 參考數(shù)據(jù)

不適合存放到第二級(jí)緩存的數(shù)據(jù)？

1 經(jīng)常被修改的數(shù)據(jù)

2 財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，絕對(duì)不允許出現(xiàn)并發(fā)

3 與其他應(yīng)用共享的數(shù)據(jù)。

Hibernate 的二級(jí)緩存

　　 如前所述， Hibernate 提供了兩級(jí)緩存，第一級(jí)是 Session 的緩存。由于 Session 對(duì)象的生命周期通常對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)庫事務(wù)或者一個(gè)應(yīng)用事務(wù)，因此它的緩存是事務(wù)范圍的緩存。第一級(jí)緩存是必需的，不允許而且事實(shí)上也無法比卸除。在第一級(jí)緩存中，持久化類的每個(gè)實(shí)例都具有唯一的 OID 。

　　 第二級(jí)緩存是一個(gè)可插拔的的緩存插件，它是由 SessionFactory 負(fù)責(zé)管理。由于 SessionFactory 對(duì)象的生命周期和應(yīng)用程序的整個(gè)過程對(duì)應(yīng)，因此第二級(jí)緩存是進(jìn)程范圍或者集群范圍的緩存。這個(gè)緩存中存放的對(duì)象的松散數(shù)據(jù)。第二級(jí)對(duì)象有可能出現(xiàn)并發(fā)問題，因此需要采用適當(dāng)?shù)牟l(fā)訪問策略，該策略為被緩存的數(shù)據(jù)提供了事務(wù)隔離級(jí)別。緩存適配器用于把具體的緩存實(shí)現(xiàn)軟件與 Hibernate 集成。第二級(jí)緩存是可選的，可以在每個(gè)類或每個(gè)集合的粒度上配置第二級(jí)緩存。

Hibernate 的二級(jí)緩存策略的一般過程如下：

1) 條件查詢的時(shí)候，總是發(fā)出一條 select * from table_name where …. （選擇所有字段）這樣的 SQL 語句查詢數(shù)據(jù)庫，一次獲得所有的數(shù)據(jù)對(duì)象。

2) 把獲得的所有數(shù)據(jù)對(duì)象根據(jù) ID 放入到第二級(jí)緩存中。

3) 當(dāng) Hibernate 根據(jù) ID 訪問數(shù)據(jù)對(duì)象的時(shí)候，首先從 Session 一級(jí)緩存中查；查不到，如果配置了二級(jí)緩存，那么從二級(jí)緩存中查；查不到，再查詢數(shù)據(jù)庫，把結(jié)果按照 ID 放入到緩存。

4) 刪除、更新、增加數(shù)據(jù)的時(shí)候，同時(shí)更新緩存。

　　Hibernate 的二級(jí)緩存策略，是針對(duì)于 ID 查詢的緩存策略，對(duì)于條件查詢則毫無作用。為此， Hibernate 提供了針對(duì)條件查詢的 Query 緩存。

Hibernate 的 Query 緩存策略的過程如下：

1) Hibernate 首先根據(jù)這些信息組成一個(gè) Query Key ， Query Key 包括條件查詢的請(qǐng)求一般信息： SQL, SQL 需要的參數(shù)，記錄范圍（起始位置 rowStart ，最大記錄個(gè)數(shù) maxRows) ，等。

2) Hibernate 根據(jù)這個(gè) Query Key 到 Query 緩存中查找對(duì)應(yīng)的結(jié)果列表。如果存在，那么返回這個(gè)結(jié)果列表；如果不存在，查詢數(shù)據(jù)庫，獲取結(jié)果列表，把整個(gè)結(jié)果列表根據(jù) Query Key 放入到 Query 緩存中。

3) Query Key 中的 SQL 涉及到一些表名，如果這些表的任何數(shù)據(jù)發(fā)生修改、刪除、增加等操作，這些相關(guān)的 Query Key 都要從緩存中清空。