高并发下的缓存设计

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背景

工业界有很多成熟的系统，大多数都是分布式的缓存系统，如redis,memcache,Ehcache等，它们被广泛运用于互联网公司中。缓存系统的一个重要应用就是减小数据库的压力，也可以缓存jsp，静态HTML，图片等资源。

这次说的缓存，并不是大型的分布式缓存系统，也没有类似LRU等过期机制，它仅仅是一个十分简单的HashMap对象。但是，它主要是用来解决高并发下，对象仅仅被创建一次，并且创建对象的过程是个耗时操作。在高并发的情况下，多个线程可能需要同样一个数据，如果它们同时发现这个数据在内存中没有，那么，它们就都会去经过计算，如果这个计算是一个很耗时，那么就会很大程度的浪费系统的CPU资源。当然，concurrentHashMap可以最终保证数据的唯一性，但是却没办法解决计算的唯一性。

因此，对于一个进程内，高并发下执行耗时操作创建同一个对象，对象仅被创建一次。我们使用FutureTask+concurrentHashMap来实现目标功能

代码示例

计算接口

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package cache;
public interface Computable<A,V> {
	V compute(A arg) throws InterruptedException;
}

接收一个A类型的参数，经过计算，输出V类型的数据。

计算任务

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package helloworld;
import cache.Computable;
@SuppressWarnings("hiding")
public class Task<String,Ojbect> implements Computable<String,Ojbect>{
	@Override
	public Ojbect compute(String arg) throws InterruptedException {
		System.out.println("start computer");
		int a = 1;
		for(int i = 0;i < 2000;i++){
			for(int j = 0;j < 200;j++){
				for(int k = 0;k < 200;k++){
					for(int h = 0;h < 2;h++){
						a = -a;
					}
					
				}
			}
		}
		return (Ojbect) Integer.valueOf(a);
	}
}

实现了Computable接口，实现了计算过程，模拟一个相对耗时的操作

缓存Map(CacheMap)

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package cache;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.CancellationException;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class CacheMap<A,V>{
	private final Map<A,FutureTask<V>> container = new ConcurrentHashMap<A,FutureTask<V>>();
	
	
	public V compute(A key, Computable<A,V> task) throws InterruptedException {
		FutureTask<V> ret = container.get(key);
		if(ret == null){
			Callable<V> taskWarpper = new Callable<V>(){
				public V call() throws InterruptedException {
					return task.compute(key);
				}
			};
			/*ret = new FutureTask<V>(taskWarpper);
			container.put(key, ret);
			ret.run();*/
			FutureTask<V> ft = new FutureTask<V>(taskWarpper);
			ret = container.putIfAbsent(key, ft);
			if(ret == null){
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + key + " start calculate");
				ret = ft;
				ret.run();
				Thread.sleep(1000);
				ret.run();
			}
			else{
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + key + " is already in the container, please waiting....");
			}
		}
		
		try{
			return ret.get();
		} catch(CancellationException e){
			container.remove(key);
		} catch (ExecutionException e) {
			throw (InterruptedException)e.getCause(); 
		}
		return null;
	}
	
	public V start(Computable<A,V> task){
		return null;
		
	}
}

CacheMap是缓存数据的结构体，目标是以A类型为key，V类型为value的HashMap。里面封装了一个concurrentHashMap,以A类型为key，以FutureTask<V>为value。

当在Map里没找到时，表示结果对象还没创建，也可能是另一个线程正在创建。新建一个Callable的任务,并用FutureTask包起来

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Callable<V> taskWarpper = new Callable<V>(){
	public V call() throws InterruptedException {
		return task.compute(key);
	}
};
/*ret = new FutureTask<V>(taskWarpper);
container.put(key, ret);
ret.run();*/
FutureTask<V> ft = new FutureTask<V>(taskWarpper);

尝试将FutureTask<V>放到Map中，如果成功，返回null。由于concurrentHashMap是线程安全的，只有一个能够放进去，其它则会阻塞等待。ret.run()则会创建新的线程去执行计算，其它的会到ret.get()阻塞等待结果。