《深刻理解mybatis原理》 MyBatis的一級緩存實現詳解 及使用注意事項

時間  2019-11-11
標籤 深刻理解mybatis原理 mybatis 一級 緩存 實現 詳解 使用 注意事項 欄目 MyBatis 简体版
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  MyBatis是一個簡單，小巧但功能很是強大的ORM開源框架，它的功能強大也體如今它的緩存機制上。MyBatis提供了一級緩存、二級緩存 這兩個緩存機制，可以很好地處理和維護緩存，以提升系統的性能。本文的目的則是向讀者詳細介紹MyBatis的一級緩存，深刻源碼，解析MyBatis一級緩存的實現原理，而且針對一級緩存的特色提出了在實際使用過程當中應該注意的事項。 html

讀完本文，你將會學到：

一、什麼是一級緩存？爲何使用一級緩存？ java

二、MyBatis的一級緩存是怎樣組織的？（即SqlSession對象中的緩存是怎樣組織的？） 算法

三、一級緩存的生命週期有多長？
 sql

四、Cache接口的設計以及CacheKey的定義 數據庫

五、一級緩存的性能分析以及應該注意的事項
 apache

         

1. 什麼是一級緩存？ 爲何使用一級緩存？

     每當咱們使用MyBatis開啓一次和數據庫的會話，MyBatis會建立出一個SqlSession對象表示一次數據庫會話。 緩存

      在對數據庫的一次會話中，咱們有可能會反覆地執行徹底相同的查詢語句，若是不採起一些措施的話，每一次查詢都會查詢一次數據庫,而咱們在極短的時間內作了徹底相同的查詢，那麼它們的結果極有可能徹底相同，因爲查詢一次數據庫的代價很大，這有可能形成很大的資源浪費。 session

      爲了解決這一問題，減小資源的浪費，MyBatis會在表示會話的SqlSession對象中創建一個簡單的緩存，將每次查詢到的結果結果緩存起來，當下次查詢的時候，若是判斷先前有個徹底同樣的查詢，會直接從緩存中直接將結果取出，返回給用戶，不須要再進行一次數據庫查詢了。 mybatis

     以下圖所示，MyBatis會在一次會話的表示----一個SqlSession對象中建立一個本地緩存(local cache)，對於每一次查詢，都會嘗試根據查詢的條件去本地緩存中查找是否在緩存中，若是在緩存中，就直接從緩存中取出，而後返回給用戶；不然，從數據庫讀取數據，將查詢結果存入緩存並返回給用戶。 app

      對於會話（Session）級別的數據緩存，咱們稱之爲一級數據緩存，簡稱一級緩存。

2. MyBatis中的一級緩存是怎樣組織的？（即SqlSession中的緩存是怎樣組織的？）

      因爲MyBatis使用SqlSession對象表示一次數據庫的會話，那麼，對於會話級別的一級緩存也應該是在SqlSession中控制的。

      實際上, 
MyBatis只是一個MyBatis對外的接口，SqlSession將它的工做交給了Executor執行器這個角色來完成，負責完成對數據庫的各類操做。當建立了一個SqlSession對象時，MyBatis會爲這個SqlSession對象建立一個新的Executor執行器，而緩存信息就被維護在這個Executor執行器中，MyBatis將緩存和對緩存相關的操做封裝成了Cache接口中。SqlSession、Executor、Cache之間的關係以下列類圖所示：

      如上述的類圖所示，Executor接口的實現類BaseExecutor中擁有一個Cache接口的實現類PerpetualCache，則對於BaseExecutor對象而言，它將使用PerpetualCache對象維護緩存。

綜上，SqlSession對象、Executor對象、Cache對象之間的關係以下圖所示：

因爲Session級別的一級緩存實際上就是使用PerpetualCache維護的，那麼PerpetualCache是怎樣實現的呢？

PerpetualCache實現原理其實很簡單，其內部就是經過一個簡單的HashMap<k,v>
來實現的，沒有其餘的任何限制。以下是PerpetualCache的實現代碼： 

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;

/**
 * 使用簡單的HashMap來維護緩存
 * @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;
  }

  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();
  }

}

3.一級緩存的生命週期有多長？

a. 
MyBatis在開啓一個數據庫會話時，會 建立一個新的SqlSession對象，SqlSession對象中會有一個新的Executor對象，Executor對象中持有一個新的PerpetualCache對象；當會話結束時，SqlSession對象及其內部的Executor對象還有PerpetualCache對象也一併釋放掉。

b. 
若是SqlSession調用了close()方法，會釋放掉一級緩存PerpetualCache對象，一級緩存將不可用；

c. 
若是SqlSession調用了clearCache()，會清空PerpetualCache對象中的數據，可是該對象仍可以使用；

d.SqlSession中執行了任何一個update操做(update()、delete()、insert())
，都會清空PerpetualCache對象的數據，可是該對象能夠繼續使用；


4. SqlSession 一級緩存的工做流程：

1.對於某個查詢，根據statementId,params,rowBounds來構建一個key值，根據這個key值去緩存Cache中取出對應的key值存儲的緩存結果；

2. 判斷從Cache中根據特定的key值取的數據數據是否爲空，便是否命中；

3. 若是命中，則直接將緩存結果返回；

4. 若是沒命中：

        4.1  去數據庫中查詢數據，獲得查詢結果；

        4.2  將key和查詢到的結果分別做爲key,value對存儲到Cache中；

        4.3. 將查詢結果返回；

5. 結束。

[關於上述工做過程當中 key值的構建，咱們將在第下一節中重點探討，這也是MyBatis緩存機制中很是重要的一個概念。]

5. Cache接口的設計以及CacheKey的定義（很是重要）

      以下圖所示，MyBatis定義了一個org.apache.ibatis.cache.Cache接口做爲其Cache提供者的SPI(Service
Provider Interface) ，全部的MyBatis內部的Cache緩存，都應該實現這一接口。MyBatis定義了一個PerpetualCache實現類實現了Cache接口，實際上，在SqlSession對象裏的Executor
對象內維護的Cache類型實例對象，就是PerpetualCache子類建立的。

    （MyBatis內部還有不少Cache接口的實現，一級緩存只會涉及到這一個PerpetualCache子類，Cache的其餘實現將會放到二級緩存中介紹）。

咱們知道，Cache最核心的實現其實就是一個Map，將本次查詢使用的特徵值做爲key，將查詢結果做爲value存儲到Map中。

如今最核心的問題出現了：怎樣來肯定一次查詢的特徵值？

換句話說就是：怎樣判斷某兩次查詢是徹底相同的查詢？

也能夠這樣說：如何肯定Cache中的key值？

MyBatis認爲，對於兩次查詢，若是如下條件都徹底同樣，那麼就認爲它們是徹底相同的兩次查詢：

1. 傳入的 
statementId 

2. 查詢時要求的結果集中的結果範圍 （結果的範圍經過rowBounds.offset和rowBounds.limit表示）；

3. 此次查詢所產生的最終要傳遞給JDBC java.sql.Preparedstatement的Sql語句字符串（boundSql.getSql()
）

4. 傳遞給java.sql.Statement要設置的參數值

如今分別解釋上述四個條件：

1. 傳入的statementId，對於MyBatis而言，你要使用它，必須須要一個statementId，它表明着你將執行什麼樣的Sql；

2. 
MyBatis自身提供的分頁功能是經過RowBounds來實現的，它經過rowBounds.offset和rowBounds.limit來過濾查詢出來的結果集，這種分頁功能是基於查詢結果的再過濾，而不是進行數據庫的物理分頁；

因爲MyBatis底層仍是依賴於JDBC實現的，那麼，對於兩次徹底如出一轍的查詢，MyBatis要保證對於底層JDBC而言，也是徹底一致的查詢才行。而對於JDBC而言，兩次查詢，只要傳入給JDBC的SQL語句徹底一致，傳入的參數也徹底一致，就認爲是兩次查詢是徹底一致的。

上述的第3個條件正是要求保證傳遞給JDBC的SQL語句徹底一致；第4條則是保證傳遞給JDBC的參數也徹底一致；

三、4講的有可能比較含糊，舉一個例子： 

<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>

若是使用上述的"selectByCritiera"進行查詢，那麼，MyBatis會將上述的SQL中的#{}
都替換成 ? 以下： 

select employee_id,first_name,last_name,email,salary
        from louis.employees
        where  employee_id = ?
        and first_name= ?
        and last_name = ?
        and email = ?

MyBatis最終會使用上述的SQL字符串建立JDBC的java.sql.PreparedStatement對象，對於這個PreparedStatement對象，還須要對它設置參數，調用setXXX()來完成設值，第4條的條件，就是要求對設置JDBC的PreparedStatement的參數值也要徹底一致。

          即三、4兩條MyBatis最本質的要求就是：

                  
調用JDBC的時候，傳入的SQL語句要徹底相同，傳遞給JDBC的參數值也要徹底相同。

         

綜上所述,CacheKey由如下條件決定：

                                     statementId  + rowBounds  + 傳遞給JDBC的SQL  + 傳遞給JDBC的參數值

CacheKey的建立

對於每次的查詢請求，Executor都會根據傳遞的參數信息以及動態生成的SQL語句，將上面的條件根據必定的計算規則，建立一個對應的CacheKey對象。

咱們知道建立CacheKey的目的，就兩個：

    1. 根據CacheKey做爲key,去Cache緩存中查找緩存結果；

    2. 若是查找緩存命中失敗，則經過此CacheKey做爲key，將從數據庫查詢到的結果做爲value，組成key,value對存儲到Cache緩存中。

CacheKey的構建被放置到了Executor接口的實現類BaseExecutor中，定義以下： 

/**
   * 所屬類:  org.apache.ibatis.executor.BaseExecutor
   * 功能   :   根據傳入信息構建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語句
    cacheKey.update(boundSql.getSql());
    //5. 將每個要傳遞給JDBC的參數值也更新到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);
        }
        //將每個要傳遞給JDBC的參數值也更新到CacheKey中
        cacheKey.update(value);
      }
    }
    return cacheKey;
  }
CacheKey的hashcode生成算法

剛纔已經提到，Cache接口的實現，本質上是使用的HashMap<k,v>,而構建CacheKey的目的就是爲了做爲HashMap<k,v>中的key值。而HashMap是經過key值的hashcode 來組織和存儲的，那麼，構建CacheKey的過程實際上就是構造其hashCode的過程。下面的代碼就是CacheKey的核心hashcode生成算法，感興趣的話能夠看一下： 

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. 獲得對象的hashcode;  
    int baseHashCode = object == null ? 1 : object.hashCode();
    //對象計數遞增
    count++;
    checksum += baseHashCode;
    //2. 對象的hashcode 擴大count倍
    baseHashCode *= count;
    //3. hashCode * 拓展因子（默認37）+拓展擴大後的對象hashCode值
    hashcode = multiplier * hashcode + baseHashCode;
    updateList.add(object);
  }

一級緩存的性能分析

我將從兩個 一級緩存的特性來討論SqlSession的一級緩存性能問題：

1.MyBatis對會話（Session）級別的一級緩存設計的比較簡單，就簡單地使用了HashMap來維護，並無對HashMap的容量和大小進行限制。

讀者有可能就以爲不妥了：若是我一直使用某一個SqlSession對象查詢數據，這樣會不會致使HashMap太大，而致使 java.lang.OutOfMemoryError錯誤啊？
讀者這麼考慮也不無道理，不過MyBatis的確是這樣設計的。

MyBatis這樣設計也有它本身的理由：

a.  通常而言SqlSession的生存時間很短。通常狀況下使用一個SqlSession對象執行的操做不會太多，執行完就會消亡；

b.  對於某一個SqlSession對象而言，只要執行update操做（update、insert、delete），都會將這個SqlSession對象中對應的一級緩存清空掉，因此通常狀況下不會出現緩存過大，影響JVM內存空間的問題；

c.  能夠手動地釋放掉SqlSession對象中的緩存。

2.  一級緩存是一個粗粒度的緩存，沒有更新緩存和緩存過時的概念

      
MyBatis的一級緩存就是使用了簡單的HashMap，MyBatis只負責將查詢數據庫的結果存儲到緩存中去，
不會去判斷緩存存放的時間是否過長、是否過時，所以也就沒有對緩存的結果進行更新這一說了。


根據一級緩存的特性，在使用的過程當中，我認爲應該注意：

一、對於數據變化頻率很大，而且須要高時效準確性的數據要求，咱們使用SqlSession查詢的時候，要控制好SqlSession的生存時間，SqlSession的生存時間越長，它其中緩存的數據有可能就越舊，從而形成和真實數據庫的偏差；同時對於這種狀況，用戶也能夠手動地適時清空SqlSession中的緩存；

二、對於只執行、而且頻繁執行大範圍的select操做的SqlSession對象，SqlSession對象的生存時間不該過長。

舉例：

例一、看下面這個例子，下面的例子使用了同一個SqlSession指令了兩次徹底同樣的查詢，將兩次查詢所耗的時間打印出來，結果以下： 

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 簡單查詢演示類
 * @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查詢
		Map<String,Object> params = new HashMap<String,Object>();
		params.put("min_salary",10000);
		//a.查詢工資低於10000的員工
		Date first = new Date();
		//第一次查詢
		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");
	}

}

運行結果：


由上面的結果你能夠看到，第一次查詢耗時464ms，而第二次查詢耗時不足1ms,這是由於第一次查詢後，MyBatis會將查詢結果存儲到SqlSession對象的緩存中，當後來有徹底相同的查詢時，直接從緩存中將結果取出。

例二、對上面的例子作一下修改：在第二次調用查詢前，對參數 HashMap類型的params多增長一些無關的值進去，而後再執行，看查詢結果：

    從結果上看，雖然第二次查詢時傳遞的params參數不一致，但仍是從一級緩存中取出了第一次查詢的緩存。

讀到這裏，請讀者曉得這一個問題：

           MyBatis認爲的徹底相同的查詢，不是指使用sqlSession查詢時傳遞給算起來Session的全部參數值完徹底全相同，你只要保證statementId，rowBounds,最後生成的SQL語句，以及這個SQL語句所須要的參數徹底一致就能夠了。

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