MyBatis实战(二)-一级缓存原理解析
1 概论
每当我们使用MyBatis开启一次和数据库的会话，MyBatis会创建出一个SqlSession对象表示一次数据库会话
在对数据库的一次会话中，我们有可能会反复地执行完全相同的查询语句，如果不采取一些措施的话，每一次查询都会查询一次数据库,而我们在极短的时间内做了完全相同的查询，那么它们的结果极有可能完全相同，由于查询一次数据库的代价很大，这有可能造成很大的性能损失
为了解决这一问题，减少资源的浪费，MyBatis会在表示会话的SqlSession对象中建立一个简单的缓存，将每次查询到的结果结果缓存起来，当下次查询的时候，如果判断先前有个完全一样的查询，会直接从缓存中直接将结果取出，返回给用户
如下所示，MyBatis会在一次会话的表示一个SqlSession对象中创建一个本地缓存，对于每一次查询，都会尝试根据查询的条件去本地缓存中查找是否在缓存中，如果命中，就直接从缓存中取出，然后返回给用户；否则，从数据库读取数据，将查询结果存入缓存并返回给用户
对于会话（Session）级别的数据缓存，我们称之为一级数据缓存，简称一级缓存
2 一级缓存是怎样组织的
由于MyBatis使用SqlSession对象表示一次数据库的会话，那么，对于会话级别的一级缓存也应该是在SqlSession中控制的。
实际上, MyBatis只是一个MyBatis对外的接口，SqlSession将它的工作交给了Executor执行器这个角色来完成，负责完成对数据库的各种操作
当创建了一个SqlSession对象时，MyBatis会为这个SqlSession对象创建一个新的Executor执行器，而缓存信息就被维护在这个Executor执行器中，MyBatis将缓存和对缓存相关的操作封装成了Cache接口中
SqlSession、Executor、Cache之间的关系如下列类图所示：
如上述的类图所示，Executor接口的实现类BaseExecutor中拥有一个Cache接口的实现类PerpetualCache，则对于BaseExecutor对象而言，它将使用PerpetualCache对象维护缓存
综上，SqlSession对象、Executor对象、Cache对象之间的关系如下图所示：
由于Session级别的一级缓存实际上就是使用PerpetualCache维护的，那么PerpetualCache是怎样实现的呢？
PerpetualCache实现原理其实很简单，其内部就是通过一个简单的HashMap<k,v>来实现的，没有其他的任何限制
/**
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*
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* You may obtain a copy of the License at
*
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*
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* WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
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* limitations under the License.
*/
package org.apache.ibatis.cache.impl;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import org.apache.ibatis.cache.Cache;
import org.apache.ibatis.cache.CacheException;
/**
* @author Clinton Begin
*/
public class PerpetualCache implements Cache {
private String id;
private Map<Object, Object> cache = new HashMap<Object, Object>();
public PerpetualCache(String id) {
this.id = id;
}
@Override
public String getId() {
return id;
}
@Override
public int getSize() {
return cache.size();
}
@Override
public void putObject(Object key, Object value) {
cache.put(key, value);
}
@Override
public Object getObject(Object key) {
return cache.get(key);
}
@Override
public Object removeObject(Object key) {
return cache.remove(key);
}
@Override
public void clear() {
cache.clear();
}
@Override
public ReadWriteLock getReadWriteLock() {
return null;
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (getId() == null) {
throw new CacheException("Cache instances require an ID.");
}
if (this == o) {
return true;
}
if (!(o instanceof Cache)) {
return false;
}
Cache otherCache = (Cache) o;
return getId().equals(otherCache.getId());
}
@Override
public int hashCode() {
if (getId() == null) {
throw new CacheException("Cache instances require an ID.");
}
return getId().hashCode();
}
}
3 一级缓存的生命周期
MyBatis在开启一个数据库会话时，会 创建一个新的SqlSession对象，SqlSession对象中会有一个新的Executor对象，Executor对象中持有一个新的PerpetualCache对象
当会话结束时，SqlSession对象及其内部的Executor对象还有PerpetualCache对象也一并释放掉
如果SqlSession调用了close()方法，会释放掉一级缓存PerpetualCache对象，一级缓存将不可用
如果SqlSession调用了clearCache()，会清空PerpetualCache**对象中的数据，但是该对象仍可使用；
SqlSession中执行了任何一个update操作(update()、delete()、insert()) ，都会清空PerpetualCache对象的数据，但是该对象可以继续使用；
4 一级缓存的工作流程
1.对于某个查询，根据statementId,params,rowBounds来构建一个key值，根据这个key值去缓存Cache中取出对应的key值存储的缓存结果
2 判断从Cache中根据特定的key值取的数据数据是否为空，即是否命中；
3 如果命中，则直接将缓存结果返回；
4 如果没命中
4.1 去数据库中查询数据，得到查询结果；
4.2 将key和查询到的结果分别作为key,value对存储到Cache中；
4.3. 将查询结果返回；
5 结束
5 Cache接口的设计
MyBatis定义了一个org.apache.ibatis.cache.Cache接口作为其Cache提供者的SPI(Service Provider Interface)，所有的MyBatis内部的Cache缓存，都应该实现这一接口
MyBatis定义了一个PerpetualCache实现类实现了Cache接口，实际上，在SqlSession对象里的Executor对象内维护的Cache类型实例对象，就是PerpetualCache子类创建的
Cache最核心的实现其实就是一个Map，将本次查询使用的特征值作为key，将查询结果作为value存储到Map中
现在最核心的问题出现了：怎样来确定一次查询的特征值？
换句话说就是：怎样判断某两次查询是完全相同的查询？
也可以这样说：如何确定****Cache****中的key值？
MyBatis认为，对于两次查询，如果以下条件都完全一样，那么就认为它们是完全相同的查询
- 传入的 statementId
- 查询时要求的结果集中的结果范围 （结果的范围通过rowBounds.offset和rowBounds.limit表示）
- 这次查询所产生的最终要传递给JDBC java.sql.Preparedstatement的Sql语句字符串（boundSql.getSql()）
- 传递给java.sql.Statement要设置的参数值
现在分别解释上述四个条件
- 传入的statementId，对于MyBatis而言，你要使用它，必须需要一个statementId，它代表着你将执行什么样的Sql
- MyBatis自身提供的分页功能是通过RowBounds来实现的，它通过rowBounds.offset和rowBounds.limit来过滤查询出来的结果集，这种分页功能是基于查询结果的再过滤，而不是进行数据库的物理分页
- 由于MyBatis底层还是依赖于JDBC实现的，那么，对于两次完全一模一样的查询，MyBatis要保证对于底层JDBC而言，也是完全一致的查询才行。而对于JDBC而言，两次查询，只要传入给JDBC的SQL语句完全一致，传入的参数也完全一致，就认为是两次查询是完全一致的
上述的第3个条件正是要求保证传递给JDBC的SQL语句完全一致
第4条则是保证传递给JDBC的参数也完全一致
举一个例子
<select id="selectByCritiera" parameterType="java.util.Map" resultMap="BaseResultMap">
select employee_id,first_name,last_name,email,salary
from louis.employees
where employee_id = #{employeeId}
and first_name= #{firstName}
and last_name = #{lastName}
and email = #{email}
</select>
如果使用上述的"selectByCritiera"进行查询，那么，MyBatis会将上述的SQL中的#{}都替换成 **? **如下：
select employee_id,first_name,last_name,email,salary
from louis.employees
where employee_id = ?
and first_name= ?
and last_name = ?
and email = ?
MyBatis最终会使用上述的SQL字符串创建JDBC的java.sql.PreparedStatement对象，对于这个PreparedStatement对象，还需要对它设置参数，调用setXXX()来完成设值
第4条的条件，就是要求对设置JDBC的PreparedStatement的参数值也要完全一致
- 即3、4两条MyBatis最本质的要求
调用JDBC的时候，传入的SQL语句要完全相同，传递给JDBC的参数值也要完全相同
综上所述,CacheKey由以下条件决定：
** statementId + rowBounds + 传递给JDBC的SQL + 传递给JDBC的参数值**
<fieldset><legend>CacheKey的创建</legend>
对于每次的查询请求，Executor都会根据传递的参数信息以及动态生成的SQL语句，将上面的条件根据一定的计算规则，创建一个对应的CacheKey对象。
我们知道创建CacheKey的目的，就两个：
1\. 根据**CacheKey**作为**key**,去**Cache****缓存**中查找缓存结果； 2\. 如果查找缓存命中失败，则通过此**CacheKey**作为**key**，将**从数据库查询到的结果**作为**value**，组成**key**,**value**对存储到**Cache**缓存中。CacheKey的构建被放置到了Executor接口的实现类BaseExecutor中，定义如下：
/** * 所属类: org.apache.ibatis.executor.BaseExecutor * 功能 : 根据传入信息构建CacheKey */ public CacheKey createCacheKey(MappedStatement ms, Object parameterObject, RowBounds rowBounds, BoundSql boundSql) { if (closed) throw new ExecutorException("Executor was closed."); CacheKey cacheKey = new CacheKey(); //1.statementId cacheKey.update(ms.getId()); //2\. rowBounds.offset cacheKey.update(rowBounds.getOffset()); //3\. rowBounds.limit cacheKey.update(rowBounds.getLimit()); //4\. SQL语句 cacheKey.update(boundSql.getSql()); //5\. 将每一个要传递给JDBC的参数值也更新到CacheKey中 List<ParameterMapping> parameterMappings = boundSql.getParameterMappings(); TypeHandlerRegistry typeHandlerRegistry = ms.getConfiguration().getTypeHandlerRegistry(); for (int i = 0; i < parameterMappings.size(); i++) { // mimic DefaultParameterHandler logic ParameterMapping parameterMapping = parameterMappings.get(i); if (parameterMapping.getMode() != ParameterMode.OUT) { Object value; String propertyName = parameterMapping.getProperty(); if (boundSql.hasAdditionalParameter(propertyName)) { value = boundSql.getAdditionalParameter(propertyName); } else if (parameterObject == null) { value = null; } else if (typeHandlerRegistry.hasTypeHandler(parameterObject.getClass())) { value = parameterObject; } else { MetaObject metaObject = configuration.newMetaObject(parameterObject); value = metaObject.getValue(propertyName); } //将每一个要传递给JDBC的参数值也更新到CacheKey中 cacheKey.update(value); } } return cacheKey; }</fieldset>
<fieldset><legend>CacheKey的hashcode生成算法</legend>
刚才已经提到，Cache接口的实现，本质上是使用的HashMap<k,v>,而构建CacheKey的目的就是为了作为HashMap<k,v>中的key值。而HashMap是通过key值的hashcode 来组织和存储的，那么，构建CacheKey的过程实际上就是构造其hashCode的过程。下面的代码就是CacheKey的核心hashcode生成算法，感兴趣的话可以看一下：
public void update(Object object) { if (object != null && object.getClass().isArray()) { int length = Array.getLength(object); for (int i = 0; i < length; i++) { Object element = Array.get(object, i); doUpdate(element); } } else { doUpdate(object); } } private void doUpdate(Object object) { //1\. 得到对象的hashcode; int baseHashCode = object == null ? 1 : object.hashCode(); //对象计数递增 count++; checksum += baseHashCode; //2\. 对象的hashcode 扩大count倍 baseHashCode *= count; //3\. hashCode * 拓展因子（默认37）+拓展扩大后的对象hashCode值 hashcode = multiplier * hashcode + baseHashCode; updateList.add(object); }</fieldset>
一级缓存的性能分析
我将从两个 一级缓存的特性来讨论SqlSession的一级缓存性能问题：
1.MyBatis对会话（Session）级别的一级缓存设计的比较简单，就简单地使用了HashMap来维护，并没有对HashMap的容量和大小进行限制。
读者有可能就觉得不妥了：如果我一直使用某一个SqlSession对象查询数据，这样会不会导致****HashMap****太大，而导致 java.lang.OutOfMemoryError错误啊？ 读者这么考虑也不无道理，不过MyBatis的确是这样设计的。
MyBatis这样设计也有它自己的理由：
a. 一般而言SqlSession的生存时间很短。一般情况下使用一个SqlSession对象执行的操作不会太多，执行完就会消亡；
b. 对于某一个SqlSession对象而言，只要执行update操作（update、insert、delete），都会将这个SqlSession对象中对应的一级缓存清空掉，所以一般情况下不会出现缓存过大，影响JVM内存空间的问题；
c. 可以手动地释放掉SqlSession对象中的缓存。
2. 一级缓存是一个粗粒度的缓存，没有更新缓存和缓存过期的概念
**MyBatis**的一级缓存就是使用了简单的****HashMap****，**MyBatis**只负责将查询数据库的结果存储到缓存中去， 不会去判断缓存存放的时间是否过长、是否过期，因此也就没有对缓存的结果进行更新这一说了。<fieldset><legend>根据一级缓存的特性，在使用的过程中，我认为应该注意：</legend>
1、对于数据变化频率很大，并且需要高时效准确性的数据要求，我们使用SqlSession查询的时候，要控制好SqlSession的生存时间，SqlSession的生存时间越长，它其中缓存的数据有可能就越旧，从而造成和真实数据库的误差；同时对于这种情况，用户也可以手动地适时清空SqlSession中的缓存；
2、对于只执行、并且频繁执行大范围的select操作的SqlSession对象，SqlSession对象的生存时间不应过长。
</fieldset>
举例：
例1、看下面这个例子，下面的例子使用了同一个SqlSession指令了两次完全一样的查询，将两次查询所耗的时间打印出来，结果如下：
package com.louis.mybatis.test; import java.io.InputStream;import java.util.Date;import java.util.HashMap;import java.util.List;import java.util.Map; import org.apache.commons.logging.Log;import org.apache.commons.logging.LogFactory;import org.apache.ibatis.executor.BaseExecutor;import org.apache.ibatis.io.Resources;import org.apache.ibatis.session.SqlSession;import org.apache.ibatis.session.SqlSessionFactory;import org.apache.ibatis.session.SqlSessionFactoryBuilder;import org.apache.log4j.Logger; import com.louis.mybatis.model.Employee; /** * SqlSession 简单查询演示类 * @author louluan */public class SelectDemo1 { private static final Logger loger = Logger.getLogger(SelectDemo1.class); public static void main(String[] args) throws Exception { InputStream inputStream = Resources.getResourceAsStream("mybatisConfig.xml"); SqlSessionFactoryBuilder builder = new SqlSessionFactoryBuilder(); SqlSessionFactory factory = builder.build(inputStream); SqlSession sqlSession = factory.openSession(); //3.使用SqlSession查询 Map<String,Object> params = new HashMap<String,Object>(); params.put("min_salary",10000); //a.查询工资低于10000的员工 Date first = new Date(); //第一次查询 List<Employee> result = sqlSession.selectList("com.louis.mybatis.dao.EmployeesMapper.selectByMinSalary",params); loger.info("first quest costs:"+ (new Date().getTime()-first.getTime()) +" ms"); Date second = new Date(); result = sqlSession.selectList("com.louis.mybatis.dao.EmployeesMapper.selectByMinSalary",params); loger.info("second quest costs:"+ (new Date().getTime()-second.getTime()) +" ms"); } }运行结果：
[图片上传失败...(image-bdf213-1538773380578)]
由上面的结果你可以看到，第一次查询耗时464ms，而第二次查询耗时不足1ms,这是因为第一次查询后，MyBatis会将查询结果存储到SqlSession对象的缓存中，当后来有完全相同的查询时，直接从缓存中将结果取出。
例2、对上面的例子做一下修改：在第二次调用查询前，对参数 HashMap类型的params多增加一些无关的值进去，然后再执行，看查询结果：
[图片上传失败...(image-2eeb24-1538773380578)]
从结果上看，虽然第二次查询时传递的params参数不一致，但还是从一级缓存中取出了第一次查询的缓存。读到这里，请读者晓得这一个问题：
**MyBatis认为的完全相同的查询，不是指使用sqlSession查询时传递给算起来Session的所有参数值完完全全相同，你只要保证statementId，rowBounds,最后生成的SQL语句，以及这个SQL语句所需要的参数完全一致就可以了。**
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