大厂面试真题-说说caffine缓存的原理和基本使用

Caffeine是一个基于Java的高性能缓存库，它提供了快速、高效的本地缓存解决方案。以下是关于Caffeine缓存的原理和基本使用的详细介绍：

一、Caffeine缓存的原理

1. 数据存储：Caffeine使用内存作为数据存储介质，将缓存的数据存储在本地内存中。这样可以实现快速的数据读取和写入，避免了频繁的磁盘IO操作，提高了缓存的读写性能。
2. 缓存淘汰策略：Caffeine采用了多种缓存淘汰策略，如基于访问时间、写入时间、大小等进行缓存项的淘汰。这些策略可以根据实际业务需求进行配置，保证缓存中的数据是最有用的数据，避免缓存过期或者存储过多无用数据。具体来说，Caffeine使用了W-TinyLFU算法，该算法结合了LRU和LFU的优点，并解决了它们的缺点。通过采用Count-Min Sketch算法降低频率信息带来的内存消耗，并维护一个PK机制保障新上的热点数据能够缓存。
3. 并发访问控制：Caffeine使用了一些并发访问控制的技术，比如乐观锁、CAS（Compare and Swap）等，来保证在多线程并发访问时，对缓存数据的读取和更新操作是线程安全的，避免了数据不一致或者并发访问冲突的问题。
4. 数据加载策略：Caffeine提供了数据加载的策略，当缓存中不存在需要的数据时，可以通过数据加载器进行数据的加载和初始化，以确保缓存中的数据是最新的和完整的。

二、Caffeine缓存的基本使用

1. 引入依赖：在使用Caffeine之前，需要在项目中引入Caffeine的依赖。例如，在Maven项目中，可以在pom.xml文件中添加Caffeine的依赖。
2. 构建缓存：使用Caffeine的newBuilder方法构建缓存对象，并配置相关的参数，如缓存的最大容量、写入后的过期时间等。例如：Cache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder() .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES) // 设置写入后的过期时间为10分钟 .maximumSize(10000) // 设置缓存的最大容量为10000 .build();

3. 操作缓存：

   • 添加或更新缓存元素：使用put方法可以将一个键值对添加到缓存中，如果键已经存在，则更新其对应的值。
   • 获取缓存元素：使用getIfPresent方法可以根据键获取缓存中的值，如果键不存在，则返回null。也可以使用get方法，如果键不存在，则通过提供的函数生成值并添加到缓存中。
   • 移除缓存元素：使用invalidate方法可以根据键移除缓存中的元素。

4. 使用LoadingCache：LoadingCache是附加在CacheLoader之上构建的缓存对象，它提供了更加便捷的数据加载方式。当调用get或getAll方法时，如果缓存中不存在对应的元素，则会通过CacheLoader加载数据并添加到缓存中。例如：LoadingCache<String, String> cache = Caffeine.newBuilder() .maximumSize(10000) .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES) .build(key -> create(key)); // 指定CacheLoader // 当调用get或getAll时，若找不到缓存元素，则会统一调用create(key)生成 String value = cache.get("key");

5. 使用AsyncCache和AsyncLoadingCache：AsyncCache是Cache的异步实现方式，它提供了通过Executor生成缓存元素并返回CompletableFuture的能力。AsyncLoadingCache则是LoadingCache的异步形式。这些异步特性可以使得在缓存计算完成前，不会阻塞主线程的执行。

6. 缓存统计和监听：Caffeine还提供了缓存统计和监听的功能，可以获取缓存的命中率、加载新值的平均时间等统计信息，并可以设置监听器来监听缓存的添加、更新和移除事件。

综上所述，Caffeine缓存库以其高性能、灵活性和可定制性在Java应用中得到了广泛的应用。通过合理的配置和使用，可以显著提高系统的性能和响应速度。