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使用 Java? 技術(shù)的 Web 開發(fā)人員可以使用緩存實用程序快速提升他們的應用程序的性能。Java 緩存系統(tǒng)（Java Caching System，JCS）是一個用于 Java 應用程序的強大分布式緩存系統(tǒng)，它是擁有簡單 API 的高度可配置的工具。本文將概述 JCS 并展示如何使用它來提高 Web 應用程序的速度。

許多 Web 應用程序會根據(jù)桌面應用程序重新編寫；理想情況下，這些應用程序的速度和可伸縮性應該與桌面版本一樣。幾乎所有 Web 應用程序都可以從速度方面的增長獲益。緩存被頻繁查看但很少更改的數(shù)據(jù)是一種減少用戶等待時間的有效方式。一個實用程序可以幫您實現(xiàn)這個目標，它使用簡單易用的 API 來輕松處理數(shù)據(jù)緩存。開放源碼 JCS（即一個 Apache Jakarta 項目）就是這樣一種工具。本文將說明如何配置和使用 JCS 來緩存 Web 應用程序的數(shù)據(jù)。

JCS 概述

JCS 是一個用 Java 語言編寫的緩存系統(tǒng)，可以使用它來創(chuàng)建 Java 桌面和 Web 應用程序。它提供了在緩存器中存儲數(shù)據(jù)、從緩存器中刪除數(shù)據(jù)等方便機制。

使用 JCS 可以在各種指定的數(shù)據(jù) 區(qū)域 中存儲緩存數(shù)據(jù)。JCS 定義了 4 種類型的核心區(qū)域：內(nèi)存區(qū)域、磁盤區(qū)域、外圍區(qū)域和遠程區(qū)域。可以結(jié)合使用這些核心區(qū)域以在如何存儲緩存數(shù)據(jù)、將緩存數(shù)據(jù)存儲在什么地方等方面獲得更大的靈活性。您可以指定首次使用哪個區(qū)域，以及發(fā)生故障時轉(zhuǎn)移到哪個區(qū)域。

內(nèi)存區(qū)域

內(nèi)存區(qū)域是一個使用最近最少算法（Least Recently Used，LRU）的純內(nèi)存緩存區(qū)域。當內(nèi)存緩存區(qū)域滿時，LRU 會首先刪除最近最少使用的緩存數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)區(qū)域執(zhí)行良好，大多數(shù) JCS 用戶將它指定為最先使用的默認緩存區(qū)域。

JCS 的可插入控制器
JCS 通過組合緩存器（Composite Cache）讓使用多個區(qū)域進行緩存存儲變得很簡單。組合緩存器為緩存區(qū)域提供了一個可插入控制器。組合緩存器仔細處理復雜的任務，即確定何時以及如何使用每個緩存區(qū)域。JCS 將完成大部分復雜的工作，開發(fā)人員只需關(guān)心獲取和設置緩存。

磁盤區(qū)域

磁盤區(qū)域是在 Web 服務器的文件磁盤上緩存數(shù)據(jù)。為了提高性能，JCS 在文件磁盤上存儲實際緩存數(shù)據(jù)的同時，會在內(nèi)存中存儲緩存數(shù)據(jù)鍵。在首先使用內(nèi)存區(qū)域的典型 JCS 配置中，任何無法在內(nèi)存區(qū)域中保存的數(shù)據(jù)都會寫入磁盤區(qū)域中。

外圍區(qū)域

外圍區(qū)域提供一種可配置方式來在多臺服務器之間分發(fā)緩存數(shù)據(jù)。緩存數(shù)據(jù)服務器必須有一個開放的用于偵聽的端口，而且必須創(chuàng)建一個套接字連接。這個區(qū)域存在一個潛在問題，因為它不能保證各緩存之間的數(shù)據(jù)的一致性。但如果是按計劃使用該區(qū)域，則不會出現(xiàn)這個問題。

遠程區(qū)域

遠程區(qū)域提供了一個使用遠程方法調(diào)用（RMI）API 的緩存區(qū)域。這個區(qū)域使用一臺遠程服務器處理緩存數(shù)據(jù)。這臺遠程緩存服務器可以被多個 JCS 客戶端應用程序用于存儲緩存數(shù)據(jù)。一些偵聽器被定義用于收集來自客戶端和服務器的請求。這個緩存區(qū)域幫助減少串行化和多個連接點的開銷。

JCS 配置

配置 JCS 就是簡單地創(chuàng)建和填充一個 cache.ccf 文件。這個文件定義緩存應該使用哪些區(qū)域，以及這些區(qū)域的屬性或選項。根據(jù)應用程序的需求配置這個文件是一種快速擴展緩存的簡便方式。您可以指定許多適合配置的選項和屬性來滿足需求。

清單 1 顯示的是最基本的 cache.ccf 文件 — 一個純內(nèi)存緩存配置：

清單 1. JCS 的基本配置

            

            jcs.default=jcs.default.cacheattributes=org.apache.jcs.engine.CompositeCacheAttributes
            

            jcs.default.cacheattributes.MaxObjects=1000
            

            jcs.default.cacheattributes.MemoryCacheName=
            

             org.apache.jcs.engine.memory.lru.LRUMemoryCache

從清單 1 中可以看出，該配置文件將內(nèi)存緩存指定為一個 LRUMemoryCache 。還可以看到，內(nèi)存中能保存的對象的最大數(shù)量被設置為 1000 。

大多數(shù)應用程序的緩存系統(tǒng)配置要比清單 1 中復雜得多。在清單 2 的配置中，我在定義自己的區(qū)域（ OUR_REGION ）時使用了一個內(nèi)存區(qū)域和一個磁盤區(qū)域：

清單 2. 在 JCS 配置中定義的區(qū)域

            

            jcs.default=DISK_REGION
            

            jcs.default.cacheattributes=org.apache.jcs.engine.CompositeCacheAttributes
            

            jcs.default.cacheattributes.MaxObjects=1000
            

            jcs.default.cacheattributes.MemoryCacheName=
            

              org.apache.jcs.engine.memory.lru.LRUMemoryCache
            

            

            jcs.region.OUR_REGION=DISK_REGION
            

            jcs.region.OUR_REGION.cacheattributes=org.apache.jcs.engine.CompositeCacheAttributes
            

            jcs.region.OUR_REGION.cacheattributes.MaxObjects=1000
            

            jcs.region.OUR_REGION.cacheattributes.MemoryCacheName=
            

              org.apache.jcs.engine.memory.lru.LRUMemoryCache
            

            jcs.region.OUR_REGION.cacheattributes.UseMemoryShrinker=true
            

            jcs.region.OUR_REGION.cacheattributes.MaxMemoryIdleTimeSeconds=3600
            

            jcs.region.OUR_REGION.cacheattributes.ShrinkerIntervalSeconds=60
            

            jcs.region.OUR_REGION.cacheattributes.MaxSpoolPerRun=500
            

            jcs.region.OUR_REGION.elementattributes=org.apache.jcs.engine.ElementAttributes
            

            jcs.region.OUR_REGION.elementattributes.IsEternal=false
            

            

            jcs.auxiliary.DISK_REGION=org.apache.jcs.auxiliary.disk.indexed.IndexedDiskCacheFactory
            

            jcs.auxiliary.DISK_REGION.attributes=
            

              org.apache.jcs.auxiliary.disk.indexed.IndexedDiskCacheAttributes
            

            jcs.auxiliary.DISK_REGION.attributes.DiskPath=c:/jcs/disk_region
            

            jcs.auxiliary.DISK_REGION.attributes.maxKeySize=100000

JCS 輔助插件
除了 4 個核心緩存實現(xiàn)外，JCS 還提供了一些 輔助插件 ，它們是區(qū)域可以使用的可選插件。這些輔助插件包括索引磁盤緩存（Indexed Disk Cache）、TCP 外圍緩存（TCP Lateral Cache）和遠程緩存服務器（Remote Cache Server）。例如，索引磁盤緩存允許在到達內(nèi)存閾值時在磁盤上交換項目。這使得每個區(qū)域能更靈活地控制其緩存，提供一種類似于大多數(shù)操作系統(tǒng)所使用的虛擬內(nèi)存的存儲方法。cache.ccf 配置文件可以讓每個輔助區(qū)域滿足應用程序的需求。

清單 2 中的第一行表明該配置將默認區(qū)域設置為 DISK_REGION 。 DISK_REGION 是 IndexedDiskCacheFactory 類型，并且該文件在磁盤上指定為 c:/jcs/disk_region。清單 2 中的第二個配置組定義了我自己的區(qū)域，我為它添加了一些選項，這種類型的配置（在指定用戶定義區(qū)域時同時使用內(nèi)存區(qū)域和磁盤區(qū)域）是很常見的。清單 2 中的第 3 個配置組定義了一個輔助區(qū)域。

JCS 有兩個依賴項： concurrent 和 commons-logging （JCS 1.2.7.0 之前的版本中，還有兩個其他依賴項： commons-collections 和 commons-lang ）。

JCS 的基本用法

學習 JCS 基礎知識的一個好方法是查看 API 最常用的方法。最好從初始化區(qū)域開始。初始化 JCS 緩存區(qū)域?qū)ο竽苁鼓L問大部分所需的常用方法。清單 3 初始化 JCS 對象并獲得一個默認緩存區(qū)域?qū)嵗?

清單 3. 檢索默認緩存區(qū)域

            

            // Initialize the JCS object and get an instance of the default cache region
            

            JCS cache = JCS.getInstance("default");

檢索 JCS 實例后，可以調(diào)用最需要的方法。 put 方法將一個新對象放入緩存中。接下來只需一個 key （第一個參數(shù)）和一個 value （第二個參數(shù)）。清單 4 顯示一個基本示例：

清單 4. 設置緩存項

            

            // Set up
            

            String key = "key0";
            

            String value = "value0";
            

            

            // Place a new object in the cache
            

            cache.put(key, value);

清單 4 中的示例使用字符串值作為參數(shù)，但是您可以使用任何對象。

檢索緩存對象只不過是使用 JCS 提供的 get 方法。清單 5 顯示了一個簡單示例。同樣，本例使用了一個字符串參數(shù)，但您可以使用任何對象。

清單 5. 檢索緩存項

            

            // Retrieve a cached object
            

            String cachedData = (String)cache.get(key);

測試緩存數(shù)據(jù)的有效性可能是處理緩存系統(tǒng)時需要使用的另一種方法。在 JCS 中，沒有定義只測試緩存項是否存在的測試緩存方法。但是 get 方法的返回值可以幫助您。清單 6 顯示了一種獲得此必要功能的方式：

清單 6. 測試緩存項的有效性

            

            // Retrieve a cached object
            

            String cachedData = (String)cache.get(key);
            

            

            // Check if the retrieval worked
            

            if (cachedData != null) {
            

              // The cachedData is valid and can be used
            

              System.out.println("Valid cached Data: " + cachedData);
            

            }

最后需要幾個用于在使用 JCS、緩存項和緩存區(qū)域后清除它們的常用緩存實用程序。JCS 提供了一種 clear 方法，用于從調(diào)用的緩存區(qū)域中刪除所有緩存數(shù)據(jù)。此外，還提供了一個 remove 方法，用于刪除指定緩存項。 dispose 方法也可以處理初始化的 JCS 區(qū)域。清單 7 顯示了如何使用這些方法：

清單 7. 清除緩存區(qū)域

            

            // Dispose of a specific cached item
            

            cache.remove(key);
            

            

            // Dispose of all cache data
            

            cache.clear();
            

            

            // Dispose of the cache region
            

            cache.dispose();

JCS 和 Java 對象

JCS 優(yōu)于其他緩存系統(tǒng)（請參閱參考資料）的一個地方是它可以很好地使用對象。大多數(shù) Web 應用程序是使用面向?qū)ο蟮姆椒ㄍㄟ^ Java 技術(shù)創(chuàng)建的。例如，與連續(xù)從數(shù)據(jù)庫中逐段檢索對象相比，緩存對象使應用程序能夠更好地執(zhí)行。

設計一個簡單的面向?qū)ο蟮?JCS 站點的第一個步驟是創(chuàng)建需要存儲的對象。在本例中，我將開發(fā)一個基本 blogging 站點。清單 8 顯示了我將使用的 BlogObject 類：

清單 8. BlogObject 類

            

            package com.ibm.developerWorks.objects;
            

            

            import java.io.Serializable;
            

            import java.util.Date;
            

            

            public class BlogObject implements Serializable {
            

              private static final long serialVersionUID = 6392376146163510046L;
            

              private int blogId;
            

              private String author;
            

              private Date date;
            

              private String title;
            

              private String content;
            

            

              public BlogObject(int blogId, String author, Date date, String title, String content) {
            

                this.blogId = blogId;
            

                this.author = author;
            

                this.date = date;
            

                this.title = title;
            

                this.content = content;
            

              }
            

            

              public int getBlogId() {
            

                return this.blogId;
            

              }
            

            

              public String getAuthor() {
            

                return this.author;
            

              }
            

            

              public Date getDate() {
            

                return this.date;
            

              }
            

            

              public String getTitle() {
            

                return this.title;
            

              }
            

            

              public String getContent() {
            

                return this.content;
            

              }
            

            }

在一個類中表示對象后，接著還需要一個類來管理該對象。管理器處理所有與 blog 對象相關(guān)的管理和緩存功能。在本例中，管理器將處理三大任務：

檢索 blog 對象
在緩存中設置 blog 對象
從緩存中清除 blog 對象

如清單 9 所示， getBlog 方法檢索 blog 對象。該方法首先試圖從緩存獲得 blog 對象。如果該對象不在緩存中，它將根據(jù)其他機制獲取該對象：

清單 9. 通過 blog 管理器檢索 blog 對象

            

            public BlogObject getBlog(int id) {
            

              BlogObject blog = null;
            

            

              try {
            

                blogCache = JCS.getInstance(blogCacheRegion);
            

                blog = (BlogObject)blogCache.get(id);
            

              } catch (CacheException ce) {
            

                blog = null;
            

              }
            

            

              if (blog == null) {
            

                blog = DatabaseManager.getBlog(id);
            

                this.setBlog(
            

                  blog.getBlogId(),
            

                  blog.getAuthor(),
            

                  blog.getDate(),
            

                  blog.getTitle(),
            

                  blog.getContent()
            

                );
            

              }
            

            

              return blog;
            

            }

在清單 9 中，我使用一個數(shù)據(jù)庫作為檢索 blog 對象的替代機制。根據(jù)另一種機制檢索該對象時，應該將該對象設置為緩存，以便下一次檢索可以直接從該緩存獲取這個對象。

如清單 10 所示， setBlog 方法將 blog 對象放在緩存中。這個方法比較簡單，因為它只是使用傳入的信息創(chuàng)建一個新的 blog 對象，然后將這個對象放在緩存中。

清單 10. 通過 blog 管理器將 blog 對象放在緩存中

            

            public boolean setBlog(int bId, String author, Date date, String title, String content) {
            

              BlogObject blog = new BlogObject(bId, author, date, title, content);
            

            

              try {
            

                blogCache = JCS.getInstance(blogCacheRegion);
            

                blogCache.put(bId, blog);
            

                return true;
            

              } catch (CacheException ce) {
            

                return false;
            

              }
            

            }

如清單 11 所示， cleanBlog 方法要么從緩存中清除一個指定的 blog，要么從緩存中清除掉所有 blog。這個方法使用 JCS 的 remove 和 clear 方法來清除緩存對象。

清單 11. 通過 blog 管理器從緩存中刪除 blog 對象

            

            public boolean cleanBlog(int blogId) {
            

              try {
            

                blogCache = JCS.getInstance(blogCacheRegion);
            

                blogCache.remove(blogId);
            

              } catch (CacheException ce) {
            

                return false;
            

              }
            

              return true;
            

            }
            

            

            public boolean cleanBlog() {
            

              try {
            

                blogCache = JCS.getInstance(blogCacheRegion);
            

                blogCache.clear();
            

              } catch (CacheException ce) {
            

                return false;
            

              }
            

              return true;
            

            }

前面的幾個類展示了使用 JCS 緩存對象是很簡單的。擁有對象管理器并使用簡單的對象表示之后，您就獲得一種在 Web 應用程序中處理對象的簡單但強大的方法。

緩存元數(shù)據(jù)

JCS 提供了更多方法，向應用程序添加緩存所用的方法只是其中的一小部分。例如，它提供了收集緩存對象和緩存區(qū)域元數(shù)據(jù)的實用程序。您可以輕松檢索以下內(nèi)容：

緩存鍵名稱
創(chuàng)建緩存項的時間
緩存可以存在的最長時間
緩存過期時間

清單 12 中的例子顯示如何檢索緩存項的元數(shù)據(jù)：

清單 12. 檢索緩存項的元數(shù)據(jù)

            

            try {
            

              JCSAdminBean admin = new JCSAdminBean();
            

              LinkedList linkedList = admin.buildElementInfo(regionName);
            

              ListIterator iterator = linkedList.listIterator();
            

            

              while (iterator.hasNext()) {
            

                CacheElementInfo info = (CacheElementInfo)iterator.next();
            

                System.out.println("Key: " + info.getKey());
            

                System.out.println("Creation Time: " + info.getCreateTime());
            

                System.out.println("Maximum Life (seconds): " + info.getMaxLifeSeconds());
            

                System.out.println("Expires in (seconds): " + info.getExpiresInSeconds());
            

              }
            

            } catch (Exception e) {
            

            }

緩存項的元數(shù)據(jù)很有用，但獲取各個緩存區(qū)域的元數(shù)據(jù)也很有幫助。這個信息讓您知道緩存有多少數(shù)據(jù)，它們會進入哪個區(qū)域，包括緩存丟失、緩存提示和緩存更新。清單 13 中的示例顯示如何獲得此信息：

清單 13. 檢索緩存區(qū)域的元數(shù)據(jù)

            

            try {
            

              JCSAdminBean admin = new JCSAdminBean();
            

              LinkedList linkedList = admin.buildCacheInfo();
            

              ListIterator iterator = linkedList.listIterator();
            

            

              while (iterator.hasNext()) {
            

                CacheRegionInfo info = (CacheRegionInfo)iterator.next();
            

                CompositeCache compCache = info.getCache();
            

                System.out.println("Cache Name: " + compCache.getCacheName());
            

                System.out.println("Cache Type: " + compCache.getCacheType());
            

                System.out.println("Cache Misses (not found): " + compCache.getMissCountNotFound());
            

                System.out.println("Cache Misses (expired): " + compCache.getMissCountExpired());
            

                System.out.println("Cache Hits (memory): " + compCache.getHitCountRam());
            

                System.out.println("Cache Updates: " + compCache.getUpdateCount());
            

              }
            

            } catch (Exception e) {
            

            }

收集緩存區(qū)域和項的元數(shù)據(jù)能幫助您分析 Web 站點的哪些區(qū)域和項目需要優(yōu)化。元數(shù)據(jù)也能幫助您管理時間敏感型的緩存數(shù)據(jù)。例如，您可以使用每個緩存項的最長生命周期和過期時間來為需要更新數(shù)據(jù)的特定用戶刷新緩存數(shù)據(jù)。

結(jié)束語

JCS 是為 Java 開發(fā)人員提供的功能強大但簡單易用的緩存系統(tǒng)。它為桌面和類似的 Web 應用程序提供數(shù)據(jù)緩存。類似桌面的 Web 應用程序的發(fā)展前景是提高速度和敏捷性。緩存數(shù)據(jù)對這些方面非常有益。本文概述如何配置和使用 JCS。此外，還討論了基本緩存方法所需要語法，以及如何在常見 Web 應用程序中緩存對象和檢索緩存元數(shù)據(jù)。解了 JCS 的基本知識之后，您現(xiàn)在可以利用數(shù)據(jù)緩存功能來開發(fā)下一個 Web 站點了。您還可以學習其他幾個提供高級功能的 JCS 區(qū)域，比如 HTTP Servlet 訪問、JCS 實用程序、基本 HTTP 驗證和其他輔助區(qū)域。

參考資料

學習

您可以參閱本文在 developerWorks 全球網(wǎng)站上的英文原文。
Java Caching System ：JCS 的官方網(wǎng)站。
Java 緩存系統(tǒng) API ：JCS 的 API 文檔。
Ehcache ：Ehcache 是另一個用于 Java 應用程序的多用途緩存系統(tǒng)。
OSCache ：OSCache 是一個專門處理 JSP 內(nèi)容緩存的緩存系統(tǒng)。
cache4j ：一個用于 Java 對象的簡單緩存器。
IBM Cache Advisor ：Cache Advisor 是一個智能建議工具，能提供最優(yōu)化的緩存建議。
在技術(shù)書店瀏覽關(guān)于這些主題和其他技術(shù)主題的圖書。
developerWorks Java 技術(shù)專區(qū) ：提供了幾百篇有關(guān) Java 編程各個方面的文章。

獲得產(chǎn)品和技術(shù)

JCS ：下載 JCS。
下載 IBM? 產(chǎn)品評估版，試用這些來自 DB2?、Lotus?、Rational?、Tivoli? 和 WebSphere? 的應用程序開發(fā)工具和中間件產(chǎn)品。

關(guān)于作者


		Kellen Bombardier 是 IBM 的軟件工程師，他還是 Information Management 團隊的開發(fā)人員。

使用緩存構(gòu)建更快的 Web 應用程序

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