Chargement paresseux du cache dans la technologie de mise en cache Java

Chargement paresseux du cache dans la technologie de mise en cache Java

Dans le cercle Java, la technologie de mise en cache est une technologie très courante. Le but de la mise en cache est d'améliorer les performances d'accès aux données et d'éviter les calculs et les requêtes répétées. La technologie de mise en cache offre un large éventail de scénarios d'application, en particulier dans les applications qui nécessitent un accès fréquent aux données, telles que les sites Web de commerce électronique, les portails d'actualités, les applications sociales, etc.

Cependant, la technologie de mise en cache présente également certains inconvénients, tels que : l'initialisation et la mise à jour du cache peuvent consommer beaucoup de temps et de ressources de performances. Par conséquent, afin d'améliorer les performances et l'efficacité du cache, une technologie appelée « chargement paresseux du cache » est apparue, qui peut résoudre efficacement le problème de l'initialisation et de la mise à jour du cache, améliorant ainsi les performances et l'efficacité du système.

Qu'est-ce que le chargement paresseux en cache ?

Le chargement paresseux du cache signifie retarder l'initialisation des données mises en cache et attendre le premier accès avant de charger les données dans le cache. L'avantage de cette technologie est qu'elle permet d'éviter les opérations d'initialisation et de mise à jour inutiles, réduisant ainsi la surcharge du système et la consommation de ressources. Bien entendu, l’inconvénient du chargement différé du cache est qu’il peut entraîner un certain retard lors du premier accès, mais dans la plupart des scénarios d’application, ce délai est acceptable. Par conséquent, la technologie de chargement différé du cache est une technologie très courante dans de nombreuses applications.

Comment implémenter le chargement différé du cache

En Java, il existe de nombreuses façons d'implémenter le chargement différé du cache. Nous présentons ici plusieurs méthodes d'implémentation courantes.

Méthode 1 : utiliser ConcurrentHashMap et Future pour implémenter

ConcurrentHashMap est une table de hachage thread-safe introduite dans JDK 1.5, qui peut être utilisée pour stocker des données en cache, tandis que Future peut être utilisée pour charger des données de manière asynchrone.

La méthode d'implémentation spécifique est la suivante :

public class MyCache {
    private final Map<String, Future<String>> cache = new ConcurrentHashMap<>();
    private final Function<String, String> loadDataFunction;

    public MyCache(Function<String, String> loadDataFunction) {
        this.loadDataFunction = loadDataFunction;
    }

    public String getData(String key) throws ExecutionException, InterruptedException {
        Future<String> future = cache.get(key);

        if (future == null) {
            Callable<String> callable = () -> loadDataFunction.apply(key);
            FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable);
            future = cache.putIfAbsent(key, futureTask);  
            if (future == null) {
                future = futureTask;
                futureTask.run();
            }
        }
        return future.get();
    }
}

Cette méthode d'implémentation est relativement simple et le processus général est le suivant :

1. Essayez d'obtenir la valeur Future de la clé spécifiée à partir du cache
2. Si le Future ; la valeur est nulle, cela signifie que les données correspondantes n'ont pas été mises en cache, puis chargez les données via loadDataFunction, encapsulez-les dans un objet FutureTask et insérez-les dans le cache
3. Si l'insertion est réussie (c'est-à-dire aucun autre thread ; a inséré la clé auparavant), exécutez la FutureTask pour charger les données de manière asynchrone
4. Enfin, renvoyez la valeur Future correspondant à la clé spécifiée dans le cache ;

Méthode 2 : utiliser le verrouillage à double vérification pour obtenir

Le verrouillage à double vérification est une technique de programmation multithread courante qui peut éviter une concurrence de verrouillage répétée et ainsi améliorer les performances du système. Lors du chargement différé du cache, vous pouvez utiliser la technique de verrouillage à double vérification pour obtenir l'effet d'une initialisation retardée.

La méthode d'implémentation spécifique est la suivante :

public class MyCache {
    private Map<String, String> cache = null;

    public String getData(String key) {
        String data = cache.get(key);
        if (data == null) {
            synchronized (this) {
                data = cache.get(key);

                if (data == null) {
                    data = loadData(key);
                    cache.put(key, data);
                }
            }
        }
        return data;
    }

    private String loadData(String key) {
        // TODO: load data from database or remote API
        return "data";
    }
}

Cette méthode d'implémentation est relativement simple et le processus général est le suivant :

1. Essayez d'obtenir la valeur de la clé spécifiée à partir du cache
2. Si la valeur est ; null, exécutez le bloc de code synchronisé ;
3. Dans le bloc de code synchronisé, essayez à nouveau d'obtenir les données du cache si elles sont toujours nulles, appelez la méthode loadData pour charger les données et stockez-les dans le cache ; renvoie les données correspondant à la clé spécifiée.
4. Méthode 3 : utiliser AtomicReference pour implémenter

AtomicReference est une classe d'opérations atomiques introduite dans le JDK 1.5, qui peut être utilisée pour obtenir l'effet de chargement paresseux en cache.

La méthode d'implémentation spécifique est la suivante :

public class MyCache {
    private final Map<String, String> cache = new ConcurrentHashMap<>();
    private final AtomicReference<Map<String, String>> reference =
            new AtomicReference<>(null);

    public String getData(String key) {
        Map<String, String> currentCache = reference.get();

        if (currentCache == null) {
            currentCache = cache;
            reference.compareAndSet(null, currentCache);
        }

        return currentCache.computeIfAbsent(key, k -> loadData(k));
    }

    private String loadData(String key) {
        // TODO: load data from database or remote API
        return "data";
    }
}

Cette méthode d'implémentation est relativement compliquée. Le processus approximatif est le suivant :

Essayez de lire les données du cache pointées par la référence

1. Si les données du cache sont nulles ; , lisez les données de ConcurrentHashMap et stockez-les en tant que données originales dans AtomicReference ;
2. Ensuite, utilisez la méthode calculateIfAbsent pour obtenir les données correspondant à la clé spécifiée à partir des données du cache
3. Si les données correspondant à la clé spécifiée ne le sont pas ; existe, appelez la méthode loadData pour charger les données, les stocker dans les données du cache et renvoyer les données.
4. Quels sont les avantages de l'utilisation du chargement paresseux en cache ?

L'utilisation de la technologie de chargement différé du cache peut apporter les avantages suivants :

Réduire les frais d'initialisation et de mise à jour ainsi que la consommation de ressources ;

1. Éviter les calculs et les opérations de requête inutiles ;
2. Améliorer la vitesse de réponse et le débit du système ;
 
3. Réduire l'empreinte mémoire et surcharge du système ;
4. Améliorer la maintenabilité et l'évolutivité du système.
5. Résumé

Dans la technologie de mise en cache Java, le chargement paresseux du cache est une technologie très pratique. En retardant l'initialisation des données mises en cache, les calculs et les opérations de requête inutiles peuvent être évités, améliorant ainsi les performances et l'efficacité du système. Cet article présente plusieurs méthodes courantes de mise en œuvre du chargement différé du cache, dans l'espoir d'aider tout le monde à comprendre et à maîtriser plus en profondeur la technologie de mise en cache Java.

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