mybatis二级缓存详解

1  二级缓存简介

二级缓存是在多个SqlSession在同一个Mapper文件中共享的缓存，它是Mapper级别的，其作用域是Mapper文件中的namespace，默认是不开启的。看如下图：

1.1 整个流程是这样的（不考虑第三方缓存库）：

当开启二级缓存后，在配置文件中配置<setting name="cacheEnabled" value="true"/>这行代码，Mybatis会为SqlSession对象生成Executor对象时，还会生成一个对象：CachingExecutor，我们称之为装饰者，这里用到了装饰器模式。那么CachingExecutor的作用是什么呢？就是当一个查询请求过来时，CachingExecutor会接到请求，先进行二级缓存的查询，如果没命中，就交给真正的Executor（默认是SimpleExecutor，但是会调用它的父类BaseExecutor的query方法，因为要进行一级缓存的查询）来查询，再到一级缓存中查询，如果还没命中，再到数据库中查询。然后把查询到的结果再返回CachingExecutor，它进行二级缓存，最后再返回给请求方。它是executor的装饰者，增强executor的功能，具有查询缓存的作用。当配置<setting name="cacheEnabled" value="false"/>时，请求过来时，BaseExecutor这个抽象类会接到请求，就不进行二级缓存的查询。

1.2 如何开启二级缓存，分三步：

一是在配置文件中开启，这是开启二级缓存的总开关，默认是开启状态的：

<setting name="cacheEnabled" value="true"/>

二是在Mapper文件中开启缓存，默认是不开启的，需要手动开启：

<!-- 每个Mapper文件使用一个缓存对象 -->
<cache/>

<!-- 如果是多个Mapper文件共用一个缓存对象 -->
<cache-ref />

三是针对要查询的statement使用缓存，即在<select>节点中配置如下属性：

useCache="true"

对于二级缓存有以下说明：

• 映射语句文件中的所有 select 语句将会被缓存。
• 映射语句文件中的所有 insert,update 和 delete 语句会刷新缓存。
• 缓存会使用 Least Recently Used(LRU,最近最少使用的)算法来收回。
• 根据时间表(比如 no Flush Interval,没有刷新间隔), 缓存不会以任何时间顺序 来刷新。
• 缓存会存储列表集合或对象(无论查询方法返回什么)的 1024 个引用。
• 缓存会被视为是 read/write(可读/可写)的缓存,意味着对象检索不是共享的,而 且可以安全地被调用者修改,而不干扰其他调用者或线程所做的潜在修改。

2 二级缓存存储取出清除过程：

2.1 二级缓存相关类的讲解：

在讲解二级缓存的存储取出清除的过程前，先了解下以下几个类：

2.1.1 TransactionalCache

TransactionalCache和TransactionalCacheManager是CachingExecutor依赖的两个组件。TransactionalCache实现了Cache接口，作用是保存某个sqlSession的某个事务中需要向某个二级缓存中添加的缓存数据，换句话说就是：某些缓存数据会先保存在这里，然后再提交到二级缓存中。源码如下：

public class TransactionalCache implements Cache {

  private Cache delegate; // 底层封装的二级缓存所对应的Cache对象，用到了装饰器模式 如下图1-1
  private boolean clearOnCommit; // 该字段为true时，则表示当前TransactionalCache不可查询，且提交事务时，会将底层的Cache清空
  // 暂时记录添加都TransactionalCahce中的数据，在事务提交时，会将其中的数据添加到二级缓存中
  private Map<Object, AddEntry> entriesToAddOnCommit;
  private Map<Object, RemoveEntry> entriesToRemoveOnCommit;

  public TransactionalCache(Cache delegate) {
    this.delegate = delegate;
    this.clearOnCommit = false;
    this.entriesToAddOnCommit = new HashMap<Object, AddEntry>();
    this.entriesToRemoveOnCommit = new HashMap<Object, RemoveEntry>();
  }
  // 查询底层的二级缓存
  @Override
  public Object getObject(Object key) {
    if (clearOnCommit) return null; // issue #146
    return delegate.getObject(key);
  }

  // 该方法并没有直接将查询的结果对象存储到其封装的二级缓存Cache对象中，而是暂时保存到entriesToAddOnCommit集合中，在事务提交时才会将这些结果从entriesToAddOnCommit集合中添加到二级缓存中
  @Override
  public void putObject(Object key, Object object) {
    entriesToRemoveOnCommit.remove(key);
    entriesToAddOnCommit.put(key, new AddEntry(delegate, key, object));
  }

  @Override
  public Object removeObject(Object key) {
    entriesToAddOnCommit.remove(key);
    entriesToRemoveOnCommit.put(key, new RemoveEntry(delegate, key));
    return delegate.getObject(key);
  }

  @Override
  public void clear() {
    reset();
    clearOnCommit = true;
  }
  // 事务提交时，先根据clearOnCommit字段的值决定是否清空二级缓存，然后将entriesToAddOnCommit集合中的结果对象保存到二级缓存中
  public void commit() {
    // 事务提交前，清空二级缓存 
    if (clearOnCommit) {
      delegate.clear();
    } else {
      for (RemoveEntry entry : entriesToRemoveOnCommit.values()) {
        entry.commit();
      }
    }
    // 将entriesToAddOnCOmmit集合中的结果对象添加到二级缓存中
    for (AddEntry entry : entriesToAddOnCommit.values()) {
      entry.commit();
    }
    reset();
  }
private static class AddEntry {
    private Cache cache;
    private Object key;
    private Object value;

    public AddEntry(Cache cache, Object key, Object value) {
      this.cache = cache;
      this.key = key;
      this.value = value;
    }
    // 将entriesToAddOnCOmmit集合中的结果对象添加到二级缓存中，准确的说是PerpetualCache类的HashMap中
    public void commit() {
      cache.putObject(key, value);
    }
  }

  private static class RemoveEntry {
    private Cache cache;
    private Object key;

    public RemoveEntry(Cache cache, Object key) {
      this.cache = cache;
      this.key = key;
    }

    public void commit() {
      cache.removeObject(key);
    }
  }

}

                                                                                       （图1-1）

2.1.2 TranactionalCacheManager

TransactionalCacheManager是用于管理二级缓存对象Cache和TransactionCache的，它定义有transactionalCaches属性，看它的源码部分：

 private Map<Cache, TransactionalCache> transactionalCaches = new HashMap<Cache, TransactionalCache>();

2.2 二级缓存的存储和取出过程

为了说明二级缓存存储取出的整个过程，通过下面demo中代码的执行顺序来分析源码：

@Test
    public void selectGoodsTest(){
        // 分三步进行源码分析：
        SqlSession sqlSession = getSqlSessionFactory().openSession(true);
        GoodsDao goodsMapper = sqlSession.getMapper(GoodsDao.class);
        GoodsDao goodsMapper2 = sqlSession.getMapper(GoodsDao.class);
        
        // 第一步：第一次查询
        goodsMapper.selectGoodsById("1");
        // 第二步：事务提交
        sqlSession.commit();
        // 第三步：第二次查询
        goodsMapper2.selectGoodsById("1");
    }
    

2.2.1 第一步：第一次查询 

当配置二级缓存时，CachingExecutor会接到请求，调用它的query方法：先进行二级缓存的查询，如果没命中，再由BaseExecutor的query方法查询。看源码：

  public <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameterObject, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, CacheKey key, BoundSql boundSql)
      throws SQLException {
    // 进行二级缓存的查询
    // 此处的cache就是当mybatis初始化加载mapper映射文件时，如果配置了<cache/>，就会有该cache对象;下面会对MappedStatement这个类进行分析
    Cache cache = ms.getCache();
    if (cache != null) {
      //是否需要刷新缓存，默认情况下，select不需要刷新缓存，insert,delete,update要刷新缓存
      flushCacheIfRequired(ms);
      if (ms.isUseCache() && resultHandler == null) {
        ensureNoOutParams(ms, parameterObject, boundSql);
        @SuppressWarnings("unchecked")
        // 查询二级缓存，二级缓存是存放在PerpetualCache类中的HashMap中的，使用到了装饰器模式  分析此方法
        List<E> list = (List<E>) tcm.getObject(cache, key);
        if (list == null) {
          // 如果二级缓存没命中，则调用这个方法：这方法中是先查询一级缓存，如果还没命中，则会查询数据库
          list = delegate.<E> query(ms, parameterObject, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
          // 把查询出的数据放到TransactionCache的entriesToAddOnCommit这个HashMap中，要注意，只是暂时存放到这里，只有当事务提交后，这里的数据才会真正的放到二级缓存中，后面会介绍这个 分析此方法
          tcm.putObject(cache, key, list); // issue #578. Query must be not synchronized to prevent deadlocks
        }
        return list;
      }
    }
    // 如果不使用缓存，则调用BaseExecutor的方法 
    return delegate.<E> query(ms, parameterObject, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
  }

在这个过程中，有两个方法需要分析：首先是查询二级缓存的方法tcm.getObject，通过跟踪源码最终发现，查询二级缓存是从PerpetualCache类的HashMap中获取数据的，也就是说二级缓存真正存放到了这个地方。另外一个处理查询出的数据tcm.putObject这个方法，这个方法最终是把查询出的数据存放到了TransactionalCache这个类中的HashMap中，以Cache接口的对象为key，查询结果集的映射对象为value。到这里，需要明白一点：在执行查询操作时，查询二级缓存的地点和存储查询数据的地点是不相同的。为什么是这样呢？这就引出了第二步，sqlSession.commit事务提交这个过程。

2.2.2 第二步：事务提交

现在我们知道，在第一次查询的时候，会把从数据库中查询的数据放到TransactionCache中，但这里并不是二级缓存存放数据的地方，那么二级缓存的数据什么时候怎么来的呢？这就要分析sqlSession.commit()这个方法了，这个方法就是把之前存放在TransactionCache中的数据提交到二级缓存中，然后清空该数据。通过源码，看下commit方法到底做了哪些事情？进入CachingExecutor的commit方法：

  public void commit(boolean required) throws SQLException {
    // 清除一级缓存，执行缓存的SQL
    delegate.commit(required);
    // 将存放在TransactionCache中的数据对象提交到PerpetualCache中 进入此方法
    tcm.commit();
  }

进入TransactionalCacheManager类的commit方法：

 public void commit() {
    // 把涉及到的TransactionCache都进行处理：提交到二级缓存，并清空数据 
    for (TransactionalCache txCache : transactionalCaches.values()) {
      txCache.commit(); // 进入该方法
    }
  }

  public void commit() {
    if (clearOnCommit) {
      delegate.clear();
    } else {
      for (RemoveEntry entry : entriesToRemoveOnCommit.values()) {
        entry.commit();
      }
    }
    // 把之前存放到entiriesToAddOnCommit中的数据提交到二级缓存中，具体的说是存放到PerpetualCache类的一个HashMap中
    for (AddEntry entry : entriesToAddOnCommit.values()) {
      // 进入该方法
      entry.commit();
    }
    //清空该TransactionCache中的数据 
    reset();
  }

进入entry.commit()方法：

    public void commit() {
      cache.putObject(key, value); //放到PerpetualCache类中的HashMap中
    }

到这里二级缓存的原理应该理解个大概了，总结下：当第一次从数据库中查出数据后，会放到TransactionCache类中；当调用sqlSession.commit()方法，进行事务提交后，TransactionCache中的数据会提交到PerpetualCache中，查询二级缓存的数据就是在这个类中，同时，TransactionCache中的数据会清空。

2.2.3 第三步：第二次查询

在事务提交之后，数据结果集对象就存放在了二级缓存中，所以第二次查询时，就可以从二级缓存中查询到数据了。进入TransactionalCache的getObject方法：

  @Override
  public Object getObject(Object key) {
    if (clearOnCommit) return null; // issue #146
    // 用到了装饰器模式，从PerpetualCache中取出数据
    return delegate.getObject(key);
  }

2.3 二级缓存的清除过程

先运行以下demo：

public class GoodsDaoTest {
    
    private static SqlSessionFactory sqlSessionFactory = null;

    @Test
    public void selectGoodsTest(){
        
        SqlSession sqlSession = getSqlSessionFactory().openSession(true);
        SqlSession sqlSession2 = getSqlSessionFactory().openSession(true);
        SqlSession sqlSession3 = getSqlSessionFactory().openSession(true);
        GoodsDao goodsMapper = sqlSession.getMapper(GoodsDao.class) ;
        GoodsDao goodsMapper2 = sqlSession2.getMapper(GoodsDao.class) ;
        GoodsDao goodsMapper3 = sqlSession3.getMapper(GoodsDao.class) ;
        
        goodsMapper.selectGoodsById("1");
        sqlSession.commit();
        
        Goods goods = new Goods();
        goods.setName("java1");
        goods.setId("1");
        goodsMapper3.updateGoodsById(goods);  // 第一步 更新操作
        sqlSession3.commit(); // 第二步 提交事务
        
        goodsMapper2.selectGoodsById("1");
        
    }
    
    public static SqlSessionFactory getSqlSessionFactory() {
        String resource = "spring-ibatis.xml";
        if(sqlSessionFactory == null){
            try {
                sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(Resources
                        .getResourceAsReader(resource));
            } catch (IOException e) {
//                 TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return sqlSessionFactory;
    }

}

看日志：

==>  Preparing: select * from goods WHERE id = ? 
==> Parameters: 1(String)
<==    Columns: id, name, price, detail, remark
<==        Row: 1, java1, 30.00, null, null
<==      Total: 1
Opening JDBC Connection
Created connection 1998228836.
==>  Preparing: update goods set name = ? where id = ? 
==> Parameters: java1(String), 1(String)
<==    Updates: 1
Cache Hit Ratio [com.yht.mybatisTest.dao.GoodsDao]: 0.0
Opening JDBC Connection
Created connection 1945928717.
==>  Preparing: select * from goods WHERE id = ? 
==> Parameters: 1(String)
<==    Columns: id, name, price, detail, remark
<==        Row: 1, java1, 30.00, null, null
<==      Total: 1

总结：在更新操作，并提交事务后，清除了二级缓存，所以第二次查询时，是从数据库中查询的数据。接下来，就针对更新操作和提交事务这两个过程作分析。

2.3.1 第一步 更新操作

进入CachingExecutor类的update方法：

  public int update(MappedStatement ms, Object parameterObject) throws SQLException {
    // 进入该方法，可知：清空了TransactionalCache中entriesToAddOnCommit和entriesToRemoveOnCommit的数据，同时clearOnCommit设置为true 
    flushCacheIfRequired(ms);
    return delegate.update(ms, parameterObject);

但是二级缓存中的数据对象并未清除，所以进入第二步事务提交。

2.3.2 第二步 事务提交

最终进入TransactionalCache的commit方法：

  public void commit() {
    if (clearOnCommit) {
      // 由于在上一步更新操作中，clearOnCommit设置为了true，所以进入此方法：清除二级缓存中的数据
      delegate.clear();
    } else {
      for (RemoveEntry entry : entriesToRemoveOnCommit.values()) {
        entry.commit();
      }
    }
    for (AddEntry entry : entriesToAddOnCommit.values()) {
      entry.commit();
    }
    reset();
  }

这就是清除二级缓存的过程。

总结一下：其实主要就是把这几个类之间的关系及其作用搞清楚就行了：CachingExecutor，BaseExecutor，SimpleExecutor和TransactionalCache，PerpetualCache。这几个类也是整个请求过程中比较重要的类。