Hibernate緩存策略詳解

Hibernate緩存策略

1.  數據緩存

1.1. 概述

緩存是數據庫數據臨時容器，它包含了庫表數據的臨時拷貝，位於數據庫與數據訪問層之間。

ORM          在進行數據讀取時，會根據其緩存管理策略，首先在內存中查詢，若是在內存中發現所需數據（緩存命中），則直接以此數據錯位查詢結果加以利用，從而避免了數據庫調用的性能開銷。

緩存的介質通常是內存，因此讀寫速度很快。但若是緩存中存放的數據量很是大時，也會用硬盤做爲緩存介質。緩存的實現不只僅要考慮存儲的介質，還要考慮到管理緩存的併發訪問和緩存數據的生命週期。

1.2. 緩存範圍

緩存的範圍決定了緩存的生命週期以及能夠被誰訪問。緩存的範圍分爲三級。

1)        事物級緩存(Transaction Layer Cache )

緩存只能被當前事務訪問。緩存的生命週期依賴於事務的生命週期，當事務結束時，緩存也就結束生命週期。在此範圍下，緩存的介質是內存。事務能夠是數據庫事務或者應用事務，每一個事務都有獨自的緩存，緩存內的數據一般採用相互關聯的的對象形式。

2)        應用級/進程級緩存(Application/ProcessLayer Cache)

緩存被進程內的全部事務共享。這些事務有多是併發訪問緩存，所以必須對緩存採起必要的事務隔離機制。緩存的生命週期依 賴於進程的生命週期，進程結束時，緩存也就結束了生命週期。進程範圍的緩存可能會存放大量的數據，因此存放的介質能夠是內存或硬盤。緩存內的數據既能夠是 相互關聯的對象形式也能夠是對象的鬆散數據形式。

3)        集羣/分佈式緩存(Cluster Layer Cache)

在集羣環境中，緩存被一個機器或者多個機器的進程共享。緩存中的數據被複制到集羣環境中的每一個進程節點，進程間經過遠程通訊來保證緩存中的數據的一致性，緩存中的數據一般採用對象的鬆散數據形式。

對大多數應用來講，應該慎重地考慮是否須要使用集羣範圍的緩存，由於訪問的速度不必定會比直接訪問數據庫數據的速度快多少。

持久化層能夠提供多種範圍的緩存。若是在事務範圍的緩存中沒有查到相應的數據，還能夠到進程範圍或集羣範圍的緩存內查 詢，若是仍是沒有查到，那麼只有到數據庫中查詢。事務範圍的緩存是持久化層的第一級緩存，一般它是必需的；進程範圍或集羣範圍的緩存是持久化層的第二級緩 存，一般是可選的。

1.3. 緩存的併發訪問策略

當多個併發的事務同時訪問持久化層的緩存的相同數據時，會引發併發問題，必須採用必要的事務隔離措施。

1)        Read-only

只讀。對於歷來不會修改的數據，如參考數據，可使用這種併發訪問策略。

2)        Nonstrict-read-write

非嚴格讀寫。若是程序對併發訪問下的數據同步要求不是很是嚴格，且數據更新操做頻率較低（幾個小時以上），能夠採用這種併發訪問策略，得到較好的性能。

3)        Read-write

嚴格讀寫。提供了Read Committed事務隔離級別。僅僅在非集羣的環境中適用。對於常常被讀但不多修改的數據，能夠採用這種隔離類型，由於它能夠防止髒讀這類的併發問題。

4)        Transactional

事務。僅僅在託管環境中適用。它提供了Repeatable Read事務隔離級別。對於常常被讀但不多修改的數據，能夠採用這種隔離類型，由於它能夠防止髒讀和不可重複讀這類的併發問題。

事務型併發訪問策略是事務隔離級別最高，只讀型的隔離級別最低。事務隔離級別越高，併發性能就越低。

2.  Hibernate緩存

2.1. 概述

Hibernate中提供了兩級Cache，第一級別的緩存是Session級別的緩存，它是屬於事務範圍的緩存。這一 級別的緩存由hibernate管理的，通常狀況下無需進行干預；第二級別的緩存是SessionFactory級別的緩存，它是屬於進程範圍或羣集範圍 的緩存。這一級別的緩存能夠進行配置和更改，而且能夠動態加載和卸載。 Hibernate還爲查詢結果提供了一個查詢緩存，它依賴於第二級緩存。

2.2. 一級緩存和二級緩存比較

	第一級緩存	第二級緩存
存放數據的形式	相互關聯的持久化對象	對象的散裝數據
緩存的範圍	事務範圍，每一個事務都有單獨的第一級緩存	進程範圍或集羣範圍，緩存被同一個進程或集羣範圍內的全部事務共享
併發訪問策略	因爲每一個事務都擁有單獨的第一級緩存，不會出現併發問題，無需提供併發訪問策略	因爲多個事務會同時訪問第二級緩存中相同數據，所以必須提供適當的併發訪問策略，來保證特定的事務隔離級別
數據過時策略	沒有提供數據過時策略。處於一級緩存中的對象永遠不會過時，除非應用程序顯式清空緩存或者清除特定的對象	必須提供數據過時策略，如基於內存的緩存中的對象的最大數目，容許對象處於緩存中的最長時間，以及容許對象處於緩存中的最長空閒時間
物理存儲介質	內存	內存和硬盤。對象的散裝數據首先存放在基於內在的緩存中，當內存中對象的數目達到數據過時策略中指定上限時，就會把其他的對象寫入基於硬盤的緩存中。
緩存的軟件實現	在Hibernate的Session的實現中包含了緩存的實現	由第三方提供，Hibernate僅提供了緩存適配器(CacheProvider)。用於把特定的緩存插件集成到Hibernate中。
啓用緩存的方式	只要應用程序經過Session接口來執行保存、更新、刪除、加載和查詢數據庫數據的操做，Hibernate就會啓用第一級緩存，把數據庫中的數 據以對象的形式拷貝到緩存中，對於批量更新和批量刪除操做，若是不但願啓用第一級緩存，能夠繞過Hibernate API，直接經過JDBC　API來執行指操做。	用戶能夠在單個類或類的單個集合的粒度上配置第二級緩存。若是類的實例被常常讀但不多被修改，就能夠考慮使用第二級緩存。只有爲某個類或集合配置了第二級緩存，Hibernate在運行時纔會把它的實例加入到第二級緩存中。
用戶管理緩存的方式	第一級緩存的物理介質爲內存，因爲內存容量有限，必須經過恰當的檢索策略和檢索方式來限制加載對象的數目。Session的evit()方法能夠顯式清空緩存中特定對象，但這種方法不值得推薦。	第二級緩存的物理介質能夠是內存和硬盤，所以第二級緩存能夠存放大量的數據，數據過時策略的maxElementsInMemory屬性值能夠控制 內存中的對象數目。管理第二級緩存主要包括兩個方面：選擇須要使用第二級緩存的持久類，設置合適的併發訪問策略：選擇緩存適配器，設置合適的數據過時策 略。

2.3. 二級緩存應用的範圍

1)        適合存放到二級緩存中的數據

不多被修改的數據

不是很重要的數據，容許出現偶爾併發的數據

不會被併發訪問的數據

參考數據

2)        不適合存放到二級緩存的數據

常常被修改的數據

財務數據，絕對不容許出現併發

與其餘應用共享的數據。

2.4. Hibernate的二級緩存策略的通常過程

1)        條件查詢的時候，老是發出一條select * from table_name where …. （選擇全部字段）這樣的SQL語句查詢數據庫，一次得到全部的數據對象。

2)        把得到的全部數據對象根據ID放入到第二級緩存中。

3)        當Hibernate根據ID訪問數據對象的時候，首先從Session一級緩存中查；查不到，若是配置了二級緩存，那麼從二級緩存中查；查不到，再查詢數據庫，把結果按照ID放入到緩存。

4)        刪除、更新、增長數據的時候，同時更新緩存。

Hibernate的二級緩存策略，是針對於ID查詢的緩存策略，對於條件查詢則毫無做用。爲此，Hibernate提供了針對條件查詢的Query緩存。

2.5. Hibernate的Query緩存策略的過程

1)        Hibernate首先根據這些信息組成一個QueryKey，Query Key包括條件查詢的請求通常信息：SQL, SQL須要的參數，記錄範圍（起始位置rowStart，最大記錄個數maxRows)，等。

2)        Hibernate根據這個Query Key到Query緩存中查找對應的結果列表。若是存在，那麼返回這個結果列表；若是不存在，查詢數據庫，獲取結果列表，把整個結果列表根據Query Key放入到Query緩存中。

3)        Query Key中的SQL涉及到一些表名，若是這些表的任何數據發生修改、刪除、增長等操做，這些相關的Query Key都要從緩存中清空。