Compartilhamento de tecnologia

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1. Visão geral do cache

Cache é uma tecnologia de armazenamento de dados que permite aos aplicativos recuperar rapidamente dados da memória sem precisar lê-los sempre no disco ou em outros dispositivos de armazenamento mais lentos. No desenvolvimento Java, o cache é frequentemente usado para melhorar o desempenho do sistema, reduzir o número de acessos ao banco de dados e otimizar a utilização de recursos.

2. Cenários de uso de cache

1. Alta repetibilidade de dados: por exemplo, para dados consultados com frequência, como listas de produtos populares, registros de navegação recentes dos usuários, etc., o cache pode evitar ir ao banco de dados para cada solicitação, melhorando assim a velocidade de resposta.

Exemplo:

 // 假设有一个热门商品列表，需要频繁查询
List<Product> hotProducts = getHotProductsFromDatabase();

// 将热门商品列表缓存起来
Map<String, List<Product>> hotProductCache = new HashMap<>();
hotProductCache.put("hot_products", hotProducts);

// 当需要获取热门商品列表时，首先检查缓存是否已经存在
if (hotProductCache.containsKey("hot_products")) {
    hotProducts = hotProductCache.get("hot_products");
} else {
    // 如果缓存不存在，则从数据库获取并更新缓存
    hotProducts = getHotProductsFromDatabase();
    hotProductCache.put("hot_products", hotProducts);
}

// 使用缓存中的热门商品列表
for (Product product : hotProducts) {
    System.out.println(product.getName());
}
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2. Baixa frequência de atualização de dados: Para dados atualizados com menos frequência, como informações básicas do usuário, parâmetros de configuração, etc., o cache pode ser usado para reduzir a pressão de leitura e gravação no banco de dados.

Exemplo:

// 假设有一个用户基本信息，更新频率较低
User user = getUserFromDatabase(userId);

// 将用户基本信息缓存起来
Map<String, User> userCache = new HashMap<>();
userCache.put(userId, user);

// 当需要获取用户基本信息时，首先检查缓存是否已经存在
if (userCache.containsKey(userId)) {
    user = userCache.get(userId);
} else {
    // 如果缓存不存在，则从数据库获取并更新缓存
    user = getUserFromDatabase(userId);
    userCache.put(userId, user);
}

// 使用缓存中的用户基本信息
System.out.println(user.getName());
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3. Grande quantidade de dados: Para operações de consulta com grandes quantidades de dados, como consultas de paginação, consultas de agregação, etc., o cache pode reduzir a carga no banco de dados e melhorar a eficiência da consulta.

Exemplo:

// 假设有一个分页查询结果集，数据量较大
List<PageResult> pageResults = getLargeDataFromDatabase(pageNumber, pageSize);

// 将分页查询结果集缓存起来
Map<Integer, List<PageResult>> pageResultCache = new HashMap<>();
pageResultCache.put(pageNumber, pageResults);

// 当需要获取分页查询结果集时，首先检查缓存是否已经存在
if (pageResultCache.containsKey(pageNumber)) {
    pageResults = pageResultCache.get(pageNumber);
} else {
    // 如果缓存不存在，则从数据库获取并更新缓存
    pageResults = getLargeDataFromDatabase(pageNumber, pageSize);
    pageResultCache.put(pageNumber, pageResults);
}

// 使用缓存中的分页查询结果集
for (PageResult result : pageResults) {
    System.out.println(result.getContent());
}
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3. Precauções de cache

1. Problema de consistência de cache: quando os dados são atualizados, como garantir que os dados no cache permaneçam sincronizados com o banco de dados? A abordagem usual é usar estratégias de invalidação de cache, como definir o tempo de expiração, monitorar alterações no banco de dados, etc.

Exemplo:

// 假设有一个用户信息，需要实时更新
User user = getUserFromDatabase(userId);

// 将用户信息缓存起来，并设置过期时间
Map<String, User> userCache = new HashMap<>();
userCache.put(userId, user);
userCache.get(userId).setExpirationTime(System.currentTimeMillis() + EXPIRATION_TIME_IN_MILLIS);

// 当用户信息更新时，需要清除缓存
userCache.remove(userId);

// 当需要获取用户信息时，首先检查缓存是否已经存在
if (userCache.containsKey(userId)) {
   user = userCache.get(userId);
} else {
   // 如果缓存不存在，则从数据库获取并更新缓存
   user = getUserFromDatabase(userId);
   userCache.put(userId, user);
}

// 使用缓存中的用户信息
System.out.println(user.getName());
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2. Limite de capacidade do cache: O cache não é infinito. É necessário planejar razoavelmente a capacidade do cache de acordo com a situação real para evitar degradação do desempenho do sistema devido ao estouro do cache.

Exemplo:

// 假设有一个缓存容器，需要根据实际情况合理规划缓存容量
Map<String, Object> cacheContainer = new HashMap<>();
int maxCacheSize = MAX_CACHE_SIZE;
while (cacheContainer.size() > maxCacheSize) {
   // 清除最久未被访问的缓存项
   cacheContainer.remove(cacheContainer.firstKey());
}

// 当需要添加新的缓存项时，先检查容量是否已满
if (cacheContainer.size() < maxCacheSize) {
   // 添加新的缓存项
   cacheContainer.put(key, value);
}
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3. Problemas de segurança do cache: Os dados no cache podem conter informações confidenciais, como senhas, valores de pedidos, etc.

Exemplo:

// 假设有一个密码，需要进行加密处理后再缓存
String password = "my_password";
byte[] encryptedPassword = encrypt(password);
Map<String, byte[]> passwordCache = new HashMap<>();
passwordCache.put(userId, encryptedPassword);

// 当需要获取密码时，首先检查缓存是否已经存在
if (passwordCache.containsKey(userId)) {
   byte[] decryptedPassword = decrypt(passwordCache.get(userId));
   String passwordFromCache = new String(decryptedPassword);
   System.out.println("Password from cache: " + passwordFromCache);
} else {
   // 如果缓存不存在，则从数据库获取并更新缓存
   String passwordFromDatabase = getUserPasswordFromDatabase(userId);
   byte[] encryptedPassword = encrypt(passwordFromDatabase);
   passwordCache.put(userId, encryptedPassword);
}

// 使用缓存中的密码
System.out.println("Password from database: " + passwordFromDatabase);
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4. Vantagens e desvantagens do cache

vantagem:

1. Melhore o desempenho do sistema: Através do cache, o acesso direto ao banco de dados é reduzido e a velocidade de resposta do sistema é melhorada.
2. Reduza a carga do banco de dados: o cache pode reduzir efetivamente a pressão de leitura e gravação no banco de dados, especialmente em cenários de alta simultaneidade.
3. Lógica de código simplificada: por meio do cache, lógica de consulta complexa pode ser encapsulada no serviço de cache, simplificando a implementação do código do cliente.

deficiência:

1. Problemas de consistência de dados: Devido à existência de cache, pode ocorrer inconsistência de dados, o que requer mecanismos adicionais de design e gerenciamento para ser resolvido.
2. Atraso na atualização do cache: quando os dados são atualizados, pode levar algum tempo para que os dados no cache sejam atualizados, o que pode levar à inconsistência dos dados.
3. O gerenciamento de cache é complexo: o planejamento da capacidade de cache, estratégias de invalidação, sincronização de dados e outros problemas exigem que os desenvolvedores considerem e gerenciem cuidadosamente.

5. Resumo:

No desenvolvimento Java, o cache é uma tecnologia muito importante que pode melhorar significativamente o desempenho e a estabilidade do sistema. No entanto, usar o cache corretamente também exige que os desenvolvedores tenham certa experiência e habilidades. Somente compreendendo totalmente os princípios de funcionamento e os cenários de aplicação do cache poderemos aproveitar melhor suas vantagens e evitar possíveis problemas.