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MyBatis二级缓存教程：从入门到应用

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概述

本文详细介绍了MyBatis的全局缓存机制，通过减少数据库访问次数和提高系统性能来优化应用。文章不仅讲解了二级缓存的启用配置、使用场景及常见问题的解决方法，还通过实战演练，帮助读者深入了解如何在实际项目中有效利用MyBatis二级缓存。

MyBatis二级缓存简介

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它简化了数据库操作并提供了强大的SQL映射功能。在高性能应用中，缓存是提高系统性能的重要手段之一。MyBatis提供了两种级别的缓存：一级缓存和二级缓存。本文将重点介绍MyBatis二级缓存的相关概念。

什么是MyBatis二级缓存

二级缓存是MyBatis的一个全局性的缓存机制，不同于一级缓存在会话级别上的缓存。二级缓存可以跨多个会话，这意味着当一个会话查询数据后，这些数据会被存储在二级缓存中，其他会话在查询相同的数据时可以直接从二级缓存中获取，而无需再次访问数据库。

二级缓存的作用和优势

减少数据库访问次数：通过缓存机制，相同的查询数据可以多次使用，从而减少对数据库的访问频率，提高系统的响应速度。
提高系统性能：减少I/O操作，尤其是在数据库操作频繁且数据量较大时，二级缓存可以显著提高系统的整体性能。
降低系统负载：减少数据库访问次数，减轻了数据库服务器的负载，使得系统可以处理更多的并发请求。

二级缓存与一级缓存的区别

缓存级别不同：一级缓存是在同一个SqlSession会话中缓存数据，而二级缓存则是全局缓存，在整个应用中对所有SqlSession有效。
数据共享范围不同：一级缓存的数据仅限于当前会话，其他会话无法使用。二级缓存的数据可以在多个会话间共享。
缓存机制实现不同：一级缓存是基于会话的，由SqlSession管理；二级缓存基于配置文件或注解管理，由MyBatis框架自动维护。

MyBatis二级缓存的启用和配置

在使用MyBatis二级缓存之前，需要在配置文件中进行相应的配置来启用它。下面将详细介绍如何在配置文件中启用二级缓存，并解释配置参数的含义。

如何在配置文件中启用二级缓存

要在MyBatis中启用二级缓存，需要在对应的Mapper XML文件中配置<cache>标签。例如：

<cache type="org.apache.ibatis.cache.impl.SoftCache" flushInterval="60000" size="1000" readOnly="true" blocking="true"/>

这个标签放在Mapper XML文件的根标签<mapper>里面。启用后，MyBatis会自动管理二级缓存，将查询结果存入缓存，并在后续的查询中直接从缓存获取数据。

配置二级缓存的参数说明

<cache>标签支持多个属性来配置缓存行为，下面是一些常用的属性：

type：指定缓存实现类。默认值为org.apache.ibatis.cache.impl.SoftCache，该实现类使用软引用管理缓存对象，有效管理和回收内存。
flushInterval：缓存刷新间隔，单位是毫秒，这是指缓存刷新前的最长时间间隔。默认值为-1，表示不刷新。
size：缓存的最大容量，超过这个容量后，缓存会根据LRU（Least Recently Used）算法丢弃最久未使用的数据。
readOnly：是否只读。如果设置为true，缓存的数据将不可修改，这可以提高缓存的读取性能。
blocking：是否阻塞写操作。当设置为true时，如果缓存容量已满，写操作会等待其他线程释放空间。

使用注解方式配置二级缓存

除了在XML配置文件中启用二级缓存，也可以通过Java注解的方式来配置。MyBatis提供了@CacheEnabled注解来启用Mapper的二级缓存功能。例如：

@CacheEnabled
public interface UserMapper {
    User selectUserById(int id);
}

这里通过@CacheEnabled注解来声明UserMapper接口中的所有方法都启用二级缓存。如果希望为特定的方法启用或禁用二级缓存，可以使用@CacheFlush和@CacheInsert注解。

@CacheFlush：在执行该方法后，清除指定的缓存。
```
@CacheFlush
void updateUser(User user);
```
@CacheInsert：在执行该方法后，将结果插入到指定的缓存中。
```
@CacheInsert
void addUser(User user);
```

通过这些注解，可以灵活控制二级缓存的行为。

MyBatis二级缓存的使用场景

了解了启用和配置二级缓存的方法后，接下来讨论二级缓存的使用场景。二级缓存适用于那些数据访问频繁且数据相对稳定的应用场景。然而，并非所有情况下都适合使用二级缓存，接下来将详细探讨合适的使用场景和不建议使用二级缓存的情况。

常见的适合使用二级缓存的业务场景

数据访问频繁且数据相对稳定：例如，某些系统中用户信息、商品信息等数据，在短时间内变化不大，非常适合使用二级缓存来减少数据库访问次数。
数据一致性要求相对较低：例如，在一些展示数据的系统中，数据的一致性要求不高，可以使用二级缓存来提高性能。
读多写少的场景：在读操作频繁而写操作较少的场景下，二级缓存可以显著提升性能。
分布式场景：在多节点环境下，二级缓存可以减少各节点之间的网络通信量，提高系统整体性能。

何时不建议使用二级缓存的原因

数据一致性要求高：如果实时性要求很高，每次都有最新的数据需求，那么使用二级缓存会增加数据一致性的问题，如脏读。
数据更新频繁：如果数据更新非常频繁，缓存中的数据很快就会失效，频繁的刷新或淘汰缓存数据会影响性能。
高并发场景：在高并发场景下，缓存可能会成为性能瓶颈，因为缓存本身也需要处理大量的并发写操作。
数据安全性要求高：对于一些敏感数据，直接存储在缓存中会增加数据泄露的风险，尤其是在内存中存储数据时。

MyBatis二级缓存的实现原理

理解二级缓存的实现原理有助于更好地掌握和使用它。MyBatis二级缓存主要涉及到缓存的数据存储机制，缓存的刷新和淘汰策略，以及如何保证缓存的一致性和并发处理。

二级缓存的数据存储机制

MyBatis二级缓存的数据存储主要采用内存中的数据结构实现，通常使用HashMap或类似的键值对形式存储数据。缓存的数据包括查询结果集和查询的SQL语句。当查询的数据在二级缓存中存在时，可以直接从缓存中获取，而不需要执行数据库查询。

默认情况下，MyBatis使用的是SoftCache实现。SoftCache基于SoftReference，当内存紧张时，这些缓存对象会被垃圾回收，从而释放内存。

public class SoftCache implements Cache {
    private final Map<Object, SoftReference<Object>> cache = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

    @Override
    public Object getObject(Object key) {
        SoftReference<Object> softRef = cache.get(key);
        if (softRef != null) {
            return softRef.get();
        }
        return null;
    }

    @Override
    public void putObject(Object key, Object value) {
        cache.put(key, new SoftReference<>(value));
    }
}

缓存的刷新和淘汰策略

当应用程序中数据发生变化时，需要及时刷新缓存，以保持缓存中的数据与数据库中的数据同步。MyBatis提供了一些刷新缓存的方法，如clearCache()、clearLocalCache()等。clearCache()会清除整个缓存，而clearLocalCache()则清除本地缓存。

此外，当缓存达到最大容量时，需要淘汰一些缓存中的数据。MyBatis默认使用LRU（Least Recently Used）算法来淘汰数据，即最近最少使用的数据会被优先淘汰。如果需要定制淘汰策略，可以通过自定义实现Cache接口来实现。

public class CustomCache implements Cache {
    private final ConcurrentHashMap<Object, SoftReference<Object>> cache = new ConcurrentHashMap<>();

    @Override
    public Object getObject(Object key) {
        SoftReference<Object> softRef = cache.get(key);
        if (softRef != null) {
            return softRef.get();
        }
        return null;
    }

    @Override
    public void putObject(Object key, Object value) {
        cache.put(key, new SoftReference<>(value));
    }

    @Override
    public void clearCache() {
        cache.clear();
    }

    private void evictOldestEntry() {
        // 自定义逻辑，例如按最近访问时间淘汰
    }
}

如何保证缓存的一致性和并发处理

在多线程环境下，保证缓存的一致性是一个关键问题。MyBatis在实现二级缓存时，通过并发控制机制来确保数据的一致性。例如，使用synchronized关键字来同步对缓存的访问，或者使用线程安全的集合类，如ConcurrentHashMap。

public class ThreadSafeCache implements Cache {
    private final ConcurrentHashMap<Object, SoftReference<Object>> cache = new ConcurrentHashMap<>();

    @Override
    public Object getObject(Object key) {
        SoftReference<Object> softRef = cache.get(key);
        if (softRef != null) {
            return softRef.get();
        }
        return null;
    }

    @Override
    public void putObject(Object key, Object value) {
        cache.put(key, new SoftReference<>(value));
    }
}

此外，当数据发生变化时，也需要及时刷新缓存，以确保缓存中的数据与数据库中的数据保持同步。这可以通过在数据更新后调用clearCache()方法来实现。

// 数据更新后刷新缓存
public void updateUser(User user) {
    sqlSession.update("updateUser", user);
    sqlSession.clearCache();
}

MyBatis二级缓存的常见问题及解决方法

在使用二级缓存时，可能会遇到一些常见问题，如缓存失效、缓存不一致等。下面将详细介绍这些问题的原因和解决方法。

常见的缓存失效问题

数据更新后缓存未及时刷新：当数据更新后，如果没有及时刷新缓存，会导致缓存中仍然存在旧的数据，导致数据不一致。
```
public void updateUser(User user) {
  sqlSession.update("updateUser", user);
  sqlSession.clearCache();
}
```
缓存满时淘汰策略导致数据丢失：如果缓存满了且淘汰策略不合适，可能导致重要的数据被丢弃。
```
@Override
public void evictOldestEntry() {
  // 自定义逻辑，例如按最近访问时间淘汰
}
```

如何调试和定位缓存相关的问题

日志输出：通过添加日志输出来查看缓存的访问和刷新情况。

public void putObject(Object key, Object value) {
  logger.info("Put object {} to cache with key {}", value, key);
  cache.put(key, new SoftReference<>(value));
}

使用缓存管理工具：使用如Ehcache、Caffeine等第三方缓存管理工具来监控缓存的状态。
单元测试：编写单元测试来验证缓存的正确性和一致性。

优化缓存性能的技巧

合理设置缓存的大小和刷新时间：根据实际业务场景合理设置缓存的最大容量和刷新间隔。
```
<cache size="1000" flushInterval="60000" />
```

使用更高效的缓存实现：根据业务需求选择合适的缓存实现，如ConcurrentHashMap、Ehcache等。

public class CustomCache implements Cache {
  private final ConcurrentHashMap<Object, SoftReference<Object>> cache = new ConcurrentHashMap<>();

  @Override
  public Object getObject(Object key) {
      SoftReference<Object> softRef = cache.get(key);
      if (softRef != null) {
          return softRef.get();
      }
      return null;
  }

  @Override
  public void putObject(Object key, Object value) {
      cache.put(key, new SoftReference<>(value));
  }
}

减少缓存中的无效数据：确保缓存中存储的数据是必要的，减少无效数据的存储会提升缓存的性能。
使用缓存预热：在系统启动时，预先加载一些常用的数据到缓存中，以减少系统启动后的首次访问延迟。

实战演练：MyBatis二级缓存的实战应用

为了更好地理解二级缓存的使用，下面通过一个简单的项目演示二级缓存的使用。这个项目将包含数据模型、持久层和测试部分，以便全面展示二级缓存的应用。

项目结构

src/main/java/com/example/App.java：主应用程序类
src/main/java/com/example/User.java：用户实体类
src/main/java/com/example/UserMapper.java：用户Mapper接口
src/main/resources/Mapper/UserMapper.xml：用户Mapper XML配置文件
src/test/java/com/example/UserMapperTest.java：测试类

数据模型和持久层

首先定义用户实体类User和对应的Mapper接口UserMapper。

public class User {
    private int id;
    private String name;
    private String email;

    // Getters and Setters
}

public interface UserMapper {
    List<User> selectAllUsers();
    User selectUserById(int id);
    void insertUser(User user);
    void updateUser(User user);
    void deleteUser(int id);
}

Mapper XML配置文件

接下来配置UserMapper.xml文件，启用二级缓存。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE mapper
        PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN"
        "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd">

<mapper namespace="com.example.UserMapper">
    <cache type="org.apache.ibatis.cache.impl.SoftCache" flushInterval="60000" size="1000" readOnly="true" blocking="true" />

    <select id="selectAllUsers" resultType="com.example.User">
        SELECT * FROM users
    </select>

    <select id="selectUserById" resultType="com.example.User">
        SELECT * FROM users WHERE id = #{id}
    </select>

    <insert id="insertUser" parameterType="com.example.User">
        INSERT INTO users (name, email) VALUES (#{name}, #{email})
    </insert>

    <update id="updateUser" parameterType="com.example.User">
        UPDATE users SET name = #{name}, email = #{email} WHERE id = #{id}
    </update>

    <delete id="deleteUser" parameterType="int">
        DELETE FROM users WHERE id = #{id}
    </delete>
</mapper>

测试二级缓存

编写测试类UserMapperTest来验证二级缓存的使用效果。

import com.example.User;
import com.example.UserMapper;
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.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import java.io.IOException;
import java.io.Reader;
import java.util.List;

public class UserMapperTest {

    private SqlSessionFactory sqlSessionFactory;
    private SqlSession sqlSession;

    @BeforeEach
    public void setUp() throws IOException {
        String resource = "mybatis-config.xml";
        Reader reader = Resources.getResourceAsReader(resource);
        sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(reader);
        sqlSession = sqlSessionFactory.openSession();
    }

    @Test
    public void testSelectAllUsers() {
        UserMapper userMapper = sqlSession.getMapper(UserMapper.class);
        List<User> users = userMapper.selectAllUsers();
        System.out.println(users);
    }

    @Test
    public void testSelectUserById() {
        UserMapper userMapper = sqlSession.getMapper(UserMapper.class);
        User user = userMapper.selectUserById(1);
        System.out.println(user);
    }

    @Test
    public void testInsertUser() {
        UserMapper userMapper = sqlSession.getMapper(UserMapper.class);
        User user = new User();
        user.setName("John Doe");
        user.setEmail("john.doe@example.com");
        userMapper.insertUser(user);
        sqlSession.commit();

        User insertedUser = userMapper.selectUserById(user.getId());
        System.out.println(insertedUser);
    }

    @Test
    public void testUpdateUser() {
        UserMapper userMapper = sqlSession.getMapper(UserMapper.class);
        User user = new User();
        user.setId(1);
        user.setName("Jane Doe");
        user.setEmail("jane.doe@example.com");
        userMapper.updateUser(user);
        sqlSession.commit();

        User updatedUser = userMapper.selectUserById(1);
        System.out.println(updatedUser);
    }

    @Test
    public void testDeleteUser() {
        UserMapper userMapper = sqlSession.getMapper(UserMapper.class);
        userMapper.deleteUser(1);
        sqlSession.commit();

        User deletedUser = userMapper.selectUserById(1);
        System.out.println(deletedUser);
    }
}

分步实施和代码解析

定义实体类：定义User实体类，包含用户的基本信息。
定义Mapper接口：定义UserMapper接口，声明所有相关的数据库操作方法。
配置Mapper XML文件：在UserMapper.xml文件中启用二级缓存，配置数据查询和操作的SQL语句。
编写测试代码：编写测试类UserMapperTest来验证缓存功能的正确性。
测试结果验证：通过测试结果验证缓存的正确性和一致性。

测试验证二级缓存的效果

通过上述测试，可以验证二级缓存的使用效果。例如，在调用selectAllUsers方法和selectUserById方法时，第一次查询会从数据库获取数据并存储到缓存中，后续的查询会直接从缓存中获取数据，从而提高查询性能。

通过这种方式，可以全面了解和掌握MyBatis二级缓存的使用，从而在实际项目中更好地利用缓存机制提高应用性能。

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