20、MyBatis速成 - 缓存原理上
前面两篇文章通过示例的形式介绍和展示了mybatis的缓存效果和配置，也简单介绍了mybatis一级缓存是通过map实现的，二级缓存是通过namespace实现的。但是底层是怎么样的呢，笔者参考了一些文章，将部分的内容做一下转发：
1.什么是一级缓存？ 为什么使用一级缓存？
每当使用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资源浪费。
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，不需要再进行一次数据库查询了。
如下图所示，MyBatis会在一次会话（sqlSession对象）中创建一个本地缓存(local cache)，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，如果在缓存中，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。
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
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;
/**
* 使用简单的HashMap来维护缓存
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
*/
public class PerpetualCache implements Cache {
private String id;
private Map<Object, Object> cache = new HashMap<Object, Object>();
public PerpetualCache(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
public int getSize() {
return cache.size();
}
public void putObject(Object key, Object value) {
cache.put(key, value);
}
public Object getObject(Object key) {
return cache.get(key);
}
public Object removeObject(Object key) {
return cache.remove(key);
}
public void clear() {
cache.clear();
}
public ReadWriteLock getReadWriteLock() {
return null;
}
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());
}
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有多长？
1）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。
2）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；
3）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；
4）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接口的设计以及CacheKey的定义
如下图所示，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。
（MyBatis内部还有很多Cache接口的实现，一级缓存只会涉及到这一个PerpetualCache子类，Cache的其他实现将会放到二级缓存中介绍）。
我们知道，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两次查询：
a）传入的 statementId
b）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）；
c）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() ）
d）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：
a）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；
b）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；
上述c）、d）讲的有可能比较含糊，举一个例子：
<select id="selectByCritiera" parameterType="java.util.Map" resultMap="BaseResultMap">
select id,last_name,email,gender
from mybatis_employees
where id ={id}
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 id,last_name,email,gender
from mybatis_employees
where id = ?
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c）、d）两条MyBatis最本质的要求就是：
调用JDBC时，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
CacheKey的创建：
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;
}
CacheKey的hashcode生成算法：
刚才已经提到，Cache接口的实现，本质上是使用的HashMap
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);
}
6.一级缓存的性能分析
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。
注意：
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；
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。
举例说明
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;
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");
}
}
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。
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。
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。
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。