Hibernate Cache的深入认识.

引言：缓存一直以来都算是一个高大上的话题，因为其“用之得当，则事半功倍；反之，则事半功倍”。其实在使用ORM框架时，只谈执行SQL的执行效率来说，框架肯定是不如JDBC的。但用框架能减少数据层的维护，减少代码工作量，新手也可以更快的上手。而在性能方面，要想提高就需要借助三方的工具，如redis等，当然在譬如Hibernate框架中，其本身就有Cache的应用，不过如上所述，该缓存运用的好，可以提高应用的性能，同时还可以优化服务器的性能。本文主要对Hibernate的缓存机制进行进一步的认识。

在这2015年的最后一日，博客将用本文来做个结尾了。本文将从“一级缓存”开始，逐渐地迈向“二级缓存”，相关的项目配置也会随之改变，请留意阅读，注意前后的不同，相信定能对您有所帮助。

1. 准备

1.1 缓存原理

如下图，简单理解一下缓存：

1.2 说明及数据库搭建

首先需要说明的是，本文实例中使用的是Hibernate4版本，测试需要Junit4支持，缓存插件使用ehcache，数据库使用Mysql。

（1）相关JAR包

（2）在Mysql中创建一个名为hibernate的测试库，并且创建一张USER表，具体字段和初始化数据如下图

（3）本次示例主要用于测试缓存，自然没有增删之类的功能

（4）使用log4j日志输出，需要log4j的支持

（5）测试环境在Windows环境中，如果使用Mac或其他系统的，在ehcache.xml的配置文件中，请修改diskStore的路径

1.3 测试项目基础搭建（基于Hibernate4版本）

如果您想自行动手测试的话，请创建好相关数据库。下面先看一下我们需要准备的项目代码。

（1）示例项目结构（最终版）

（2）实体对象User（使用注解模式）

代码：

package com.hibernate.entity;

import javax.persistence.Entity;

import javax.persistence.GeneratedValue;

import javax.persistence.GenerationType;

import javax.persistence.Id;

import javax.persistence.Table;

@Entity

@Table(name=”user”)

public class User {

    @Id

    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)

    private int id;

    private String name;

    private int age;

/** 省略get和set **/

}

（3）log4j.properties

配置：

log4j.rootLogger=INFO,STDOUT,ERRORF

log4j.appender.STDOUT=org.apache.log4j.ConsoleAppender

log4j.appender.STDOUT.layout=org.apache.log4j.PatternLayout

log4j.appender.STDOUT.layout.ConversionPattern=[%p]-%m%n

（4）hibernate.cfg.xml

配置：

<?xml version=’1.0′ encoding=’utf-8′?>

<!DOCTYPE hibernate-configuration PUBLIC

        “-//Hibernate/Hibernate Configuration DTD 3.0//EN”

        “http://www.hibernate.org/dtd/hibernate-configuration-3.0.dtd“>

<hibernate-configuration>

    <session-factory>

        <!– 基础配置 –>

        <property name=”connection.driver_class”>com.mysql.jdbc.Driver</property>

        <property name=”connection.url”>jdbc:mysql://localhost:3306/hibernate</property>

        <property name=”connection.username”>root</property>

        <property name=”connection.password”>tsky</property>

        <property name=”show_sql”>true</property>

        <property name=”hbm2ddl.auto”>update</property>

        <property name=”connection.pool_size”>20</property>

        <property name=”jdbc.fetch_size”>50</property>

        <property name=”jdbc.batch_size”>23</property>

        <property name=”dialect”>org.hibernate.dialect.MySQL5Dialect</property>

        <!– 配置管理 Session 的方式 –>

        <property name=”current_session_context_class”>thread</property>

<!– 实体 –>

        <mapping class=”com.hibernate.entity.User” />

    </session-factory>

</hibernate-configuration>

说明：因为是循序渐进的，此处没有配置二级缓存，只是正常的Hibernate配置。

（5）创建测试类MainTest

代码：

package com.hibernate.test;

import java.util.Iterator;

import java.util.List;

import org.hibernate.HibernateException;

import org.hibernate.Query;

import org.hibernate.Session;

import org.hibernate.SessionFactory;

import org.hibernate.cfg.Configuration;

import org.hibernate.service.ServiceRegistry;

import org.hibernate.service.ServiceRegistryBuilder;

import org.hibernate.stat.Statistics;

import org.junit.BeforeClass;

import org.junit.Test;

import org.slf4j.Logger;

import org.slf4j.LoggerFactory;

import com.hibernate.entity.User;

/**

* 测试类

*/

public class MainTest {

    private static SessionFactory sessionFactory = null;

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    /**

     * 获取sessionFactory

     * @throws HibernateException

     */

    @BeforeClass

    public static void beforeClass() throws HibernateException {

        Configuration configuration = new Configuration();

        configuration.configure(“/hibernate.cfg.xml”);

        //hibernate4的session获取方法,与之前有所不同

        ServiceRegistry serviceRegistry = new ServiceRegistryBuilder().applySettings(configuration.getProperties()).buildServiceRegistry();

        sessionFactory = configuration.buildSessionFactory(serviceRegistry);

    }

}

说明：以上只列出了@BeforeClass的方法，具体的@Test方法就直接放在相关知识点处，方便理解，同时也把后续需要的类都import进来了。

2. 一级缓存

2.1 简介

（1）称之为“Session缓存”和“会话级缓存”

（2）通过Session从数据库查询实体时，会将实体存储在内存中，下一次查询统一实体时，就不再从数据库中查询，直接从内存中获取（注：一定要是同一个Session）

（3）一级缓存的生命周期和Session相同，Session销毁，缓存也就销毁；同理一级缓存中数据只适用在当前会话之内

（4）默认开启的，也是强制开启的，不可关闭

2.2 常见API

（1）evict()：将某个对象从Session中的一级缓存中清除

（2）clear()：将一级缓存中的所有对象全部清除

（3）contains()：判断指定的对象是否存在于一级缓存中

（4）flush()：刷新一级缓存区的内容,使之与数据库数据保持同步

2.3 编写测试及说明（单个对象）

下面就来验证一下上述的“一级缓存”吧。

在其他配置不改动的情况下，在MainTest测试类中添加如下方法：

/**

* 测试一级缓存

*/

@Test

public void testSessionCache() {

logger.info(“********测试一级缓存********”);

logger.info(“>>>>>>>>>>第一个Session”);

Session session = sessionFactory.openSession();

session.beginTransaction();

logger.info(“–第一次查询–“);

User u1 = (User) session.load(User.class, 1);//find id为1的对象

logger.info(u1.getName());

logger.info(“–第二次查询–“);

User u2 = (User) session.load(User.class, 1);

logger.info(u2.getName());

session.getTransaction().commit();

session.close();

logger.info(“第一个Session结束<<<<<<<<<<“);

logger.info(“>>>>>>>>>>第二个Session”);

Session session2 = sessionFactory.openSession();

session2.beginTransaction();

logger.info(“–第一次查询–“);

User u3 = (User) session2.load(User.class, 1);

logger.info(u3.getName());

logger.info(“–清除对象缓存–“);

//清除上面查询的对象缓存

session2.evict(u3);

// session2.clear();

logger.info(“–第二次查询–“);

User u4 = (User) session2.load(User.class, 1);

logger.info(u4.getName());

session2.getTransaction().commit();

session2.close();

logger.info(“第二个Session结束<<<<<<<<<<“);

}

运行该方法，结果如下：

说明：从以上的结果看来，在第一个session中，第一次查询时，肯定是要执行SQL查询，第二次查询时，没有执行SQL，直接读取了一级缓存；再看第二个Session中，因为中间运行了evict或clear方法对一级缓存进行了清除，所以第二次查询时，仍需要实行SQL。

2.4 Query中list方法和iterate方法的区别

（1）list方法会将所有的结果集存放在内存中（可能会导致内存过高或者溢出），而iterate是将使用到的结果集放在内存中，但首次使用的时候，都会去数据库查询一次（执行次数可能N+1次）

（2）list方法每次不读取一级缓存，iterate会使用查询语句得到ID值的列表，如果缓存中存在则获取，若没有则进行数据库查询

注：现在都处于一级缓存，未开启二级缓存

2.5 编写测试及说明（Query列表）

依然是在MainTest测试类中添加如下方法：

/**

* 测试一级缓存中的Query

*/

@SuppressWarnings(“unchecked”)

@Test

public void testQuery() {

logger.info(“********测试一级缓存中,Query的list和iterate区别********”);

logger.info(“>>>>>>>>>>第一个Session”);

Session session = sessionFactory.openSession();

session.beginTransaction();

Query query1 = session.createQuery(“from User”);

logger.info(“>>>>>>>>>>使用Query的list方法”);

logger.info(“–第一次查询–“);

List<User> userList = query1.list();

for (User user : userList) {

logger.info(user.getName());

}

logger.info(“–第二次查询–“);

List<User> userList2 = query1.list();

for (User user : userList2) {

logger.info(user.getName());

}

logger.info(“Query的list方法结束<<<<<<<<<<“);

session.getTransaction().commit();

session.close();

logger.info(“第一个Session结束<<<<<<<<<<“);

logger.info(“>>>>>>>>>>第二个Session”);

Session session2 = sessionFactory.openSession();

session2.beginTransaction();

Query query2 = session2.createQuery(“from User”);

logger.info(“>>>>>>>>>>使用Query的iterate方法”);

logger.info(“–第一次查询–“);

Iterator<User> it = query2.iterate();

while (it.hasNext()) {

User user = it.next();

logger.info(user.getName());

}

logger.info(“–第二次查询–“);

Iterator<User> it2 = query2.iterate();

while (it2.hasNext()) {

User user = it2.next();

logger.info(user.getName());

}

logger.info(“Query的iterate方法结束<<<<<<<<<<“);

session2.getTransaction().commit();

session2.close();

logger.info(“第二个Session结束<<<<<<<<<<“);

}

运行该方法，结果如下：

说明：从以上结果来看，首先在第一次session中，使用的是query.list()，直接看出list不会存放于一级缓存；第二次缓存中，使用query.iterate()，第一次查询时，首先执行了一级缓存中id序列表的查询，都没有查到，当运行User对象输出时，执行了两次SQL，表明，iterate()方法，每次使用对象时，才会去查找对象，不是预先放在内存中的，第二次查询时首先还是查询id序列表，下面两个对象都已存在于一级缓存中，所以不需要执行SQL。

3. 二级缓存

3.1 简介

（1）可称之为“应用级缓存”

（2）每个Session共用的缓存

（3）常用的二级缓存插件

EHCache（本文使用）、HashTable、OSCache、SwarmCahe和JBossCache

3.2 缓存启用步骤

（1）添加相关的JAR包（ehcache-core-2.4.3.jar、hibernate-ehcache-4.2.4.Final.jar）

（2）在配置文件中添加Provider的描述

（3）添加二级缓存的属性配置文件

（4）在需要被缓存的实体上配置cache标签

3.3 编写测试及说明（单个对象）

（1）在hibernate.cfg.xml添加二级缓存配置

如下：

<!– 开启二级缓存 –>

<property name=”cache.use_second_level_cache”>true</property>

<property name=”cache.region.factory_class”>org.hibernate.cache.ehcache.EhCacheRegionFactory</property>

<!– 缓存全局策略,设置为ENABLE_SELECTIVE，在实体上注释@Cacheable即可;ALL的话,就是默认全部开启;DISABLE_SELECTIVE;NONE –>

<property name=”javax.persistence.sharedCache.mode”>ENABLE_SELECTIVE</property>

（2）添加ehcache.xml配置

如下：

<ehcache>

    <!– EHCache缓存溢出时，会把数据写到硬盘上, 且将把数据写到这个目录下 –>

    <diskStore path=”d:\\tempDirectory” />

    <!– 设置缓存的默认数据过期策略 –>

    <defaultCache

        maxElementsInMemory=”10000″ eternal=”false” timeToIdleSeconds=”120″

        timeToLiveSeconds=”120″ overflowToDisk=”true” />

</ehcache>

（3）在User实体添加缓存注解

如下：

/** 省略package和import，上面已列出 **/

/**

* User实体类

*/

@Entity

@Table(name=”user”)

@Cacheable

public class User {

    @Id

    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)

    private int id;

    private String name;

    private int age;

/**省略get和set**/

}

（4）在MainTest测试类中添加测试方法

如下：

/**

* 测试二级缓存,单个对象

*/

@Test

public void testEhcache() {

logger.info(“********测试二级缓存********”);

Session session = sessionFactory.openSession();

session.beginTransaction();

User u1 = (User) session.load(User.class, 1);

logger.info(u1.getName());

session.getTransaction().commit();

session.close();

Session session2 = sessionFactory.openSession();

session2.beginTransaction();

User u2 = (User) session2.load(User.class, 1);

logger.info(u2.getName());

session2.getTransaction().commit();

session2.close();

}

（5）运行方法

结果如下：

说明：这里与一级缓存类似，就不做太多的输出了。结果也很明显，第二个session中，没有执行SQL，直接读的二级缓存。

3.4 查询缓存（主要用在list上）

将hibernate.cache.use_query_cache设置为true，这样findAll()、 list()、Iterator()、createCriteria()、createQuery()等方法，就可以使用缓存中的数据集了，不设置的话，hibernate只会缓存使用load()方法获得的单个持久化对象。

配置如下：

<!– 开启查询缓存,支持list的缓存查询 –>

<property name=”cache.use_query_cache”>true</property>

（1）在MainTest测试类中添加测试方法

测试list：

/**

* 测试二级缓存list

*/

@SuppressWarnings(“unchecked”)

@Test

public void testEhcacheList() {

Session session = sessionFactory.openSession();

session.beginTransaction();

List<User> users1 = (List<User>)session.createQuery(“from User”).setCacheable(true).list();

for(User user : users1) {

logger.info(user.getName());

}

session.getTransaction().commit();

session.close();

Session session2 = sessionFactory.openSession();

session2.beginTransaction();

List<User> users2 = (List<User>)session2.createQuery(“from User”).setCacheable(true).list();

for(User user : users2) {

logger.info(user.getName());

}

session2.getTransaction().commit();

session2.close();

}

测试iterate

/**

* 测试二级缓存iterate

*/

@SuppressWarnings(“unchecked”)

@Test

public void testEhcacheIterate() {

Session session = sessionFactory.openSession();

session.beginTransaction();

Query query1 = session.createQuery(“from User”);

Iterator<User> it1 = query1.iterate();

while (it1.hasNext()) {

User user = it1.next();

logger.info(user.getName());

}

session.getTransaction().commit();

session.close();

Session session2 = sessionFactory.openSession();

session2.beginTransaction();

Query query2 = session2.createQuery(“from User”);

Iterator<User> it2 = query2.iterate();

while (it2.hasNext()) {

User user = it2.next();

logger.info(user.getName());

}

session2.getTransaction().commit();

session2.close();

}

（2）不启用查询缓存

执行testEhcacheList方法结果如下：

执行ttestEhcacheIterate方法结果如下：

说明：在list中，显然，没有使用二级缓存，两个session中，都执行了SQL；而在Iterate中，与一级缓存类似，这里就不细说了。

（3）启用查询缓存

执行testEhcacheList方法结果如下：

执行ttestEhcacheIterate方法结果如下：

说明：在list中，只在第一个session中执行了SQL，后面全部在二级缓存中获取；而在Iterate中，没有什么变化，因为其机制不同，是单个对象的缓存。

3.5 get和load的区别

get()方法和load()方法的区别在于对二级缓存的使用上。

load()方法会使用二级缓存，而get()方法在一级缓存没有找到的情况下会直接查询数据库，不会去二级缓存中查找。在使用中，对使用了二级缓存的对象进行查询时最好使用load()方法，以充分利用二级缓存来提高检索的效率。

3.6 实体中的Cache配置

有三个属性，如下

（1）usage：指定缓存策略，包含READ_ONLY，READ_WRITE，TRANSACTIONAL等

（2）include：指是否缓存加载延迟加载的对象，all表示缓存所有对象，non-lazy表示不缓存

（3）region：为实体配置指定的缓存策略。

在ehcache.xml中配置指定的策略。

配置添加如下：

<!– 针对User单个对象进行配置缓存策略 –>

<cache name=”UserCache”

maxElementsInMemory=”1″ eternal=”false” timeToIdleSeconds=”300″

timeToLiveSeconds=”600″ overflowToDisk=”true” />

同时在User中修改注解：

将@Cacheable改为@Cache(usage = CacheConcurrencyStrategy.READ_ONLY, region=”UserCache”)即可，结果类似。

3.7 什么样的数据适合存放到第二级缓存中？

（1）很少被修改的数据

（2）不是很重要的数据，允许出现偶尔并发的数据

（3）不会被并发访问的数据

（4）常量数据

3.8 不适合存放到第二级缓存的数据？

（1）经常被修改的数据

（2）绝对不允许出现并发访问的数据，如财务数据

（3）与其他应用共享的数据

4. 一级缓存和二级缓存的比较

总结如下：

如有问题，欢迎指出；如需转载，请标明出处，谢谢！

参考资料

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