Hibernate缓存原理与策略

Hibernate缓存原理:

对于Hibernate这类ORM而言,缓存显的尤为重要,它是持久层性能提升的关键.简单来讲Hibernate就是对JDBC进行封装,以实现内部状态的管理,OR关系的映射等,但随之带来的就是数据访问效率的降低,和性能的下降,而缓存就是弥补这一缺点的重要方法.

缓存就是数据库数据在内存中的临时容器,包括数据库数据在内存中的临时拷贝,它位于数据库与数据库访问层中间.ORM在查询数据时首先会根据自身的缓存管理策略,在缓存中查找相关数据,如发现所需的数据,则直接将此数据作为结果加以利用,从而避免了数据库调用性能的开销.而相对内存操作而言,数据库调用是一个代价高昂的过程.
     一般来讲ORM中的缓存分为以下几类:
         1:事务级缓存:即在当前事务范围内的数据缓存.就Hibernate来讲,事务级缓存是基于Session的生命周期实现的,每个Session内部会存在一个数据缓存,它随着 Session的创建而存在,随着Session的销毁而灭亡,因此也称为Session Level Cache.
         2:应用级缓存:即在某个应用中或应用中某个独立数据库访问子集中的共享缓存,此缓存可由多个事务共享(数据库事务或应用事务),事务之间的缓存共享策略与应用的事务隔离机制密切相关.在Hibernate中,应用级缓存由SessionFactory实现,所有由一个SessionFactory创建的 Session实例共享此缓存,因此也称为SessionFactory Level Cache.
         3:分布式缓存:即在多个应用实例,多个JVM间共享的缓存策略.分布式缓存由多个应用级缓存实例组成,通过某种远程机制(RMI,JMS)实现各个缓存实例间的数据同步,任何一个实例的数据修改,将导致整个集群间的数据状态同步.

Hibernate的一，二级缓存策略:

Hibernate中提供了两级Cache，第一级别的缓存是Session级别的缓存，它是属于事务范围的缓存。这一级别的缓存由hibernate管理的，一般情况下无需进行干预；第二级别的缓存是SessionFactory级别的缓存，它是属于进程范围或群集范围的缓存。这一级别的缓存可以进行配置和更改，并且可以动态加载和卸载，属于多事务级别，要防止事务并发性。

缓存是以map的形式进行存储的(key-id,value-object)

一级缓存(Session):

事务范围，每个事务(Session)都有单独的第一级缓存.

一级缓存的管理：当应用程序调用Session的save()、update()、saveOrUpdate()、get()或load()，以及调用查询接口的 list()、iterate()--(用的是n+1次查询，先查id)或filter()方法时，如果在Session缓存中还不存在相应的对象，Hibernate就会把该对象加入到第一级缓存中。当清理缓存时，Hibernate会根据缓存中对象的状态变化来同步更新数据库。 Session为应用程序提供了两个管理缓存的方法： evict(Object obj)：从缓存中清除参数指定的持久化对象。 clear()：清空缓存中所有持久化对象,flush():使缓存与数据库同步。

当查询相应的字段如(name)，而不是对象时，不支持缓存。

二级缓存(SessionFactory):

  Hibernate的二级缓存策略的一般过程如下：

1:条件查询的时候，总是发出一条select * from table_name where …. （选择所有字段）这样的SQL句查询数据库，一次获得所有的数据对象(这个问题要考虑，如果你查询十万条数据时，内存不是被占用)。

　2:把获得的所有数据对象根据ID放入到第二级缓存中。

　3: 当Hibernate根据ID访问数据对象的时候，首先从Session一级缓存中查；查不到，如果配置了二级缓存，那么从二级缓存中查；查不到，再查询数据库，把结果按照ID放入到缓存。

4:删除、更新、增加数据的时候，同时更新缓存。

Hibernate的二级缓存策略，是针对于ID查询的缓存策略，对于条件查询则毫无作用。为此，Hibernate提供了针对条件查询的Query Cache。

概念讲解

在hibernate中提供了二种缓存机制：一级缓存、二级缓存，因为二级缓存策略是针对于ID查询的缓存策略，对于条件查询则毫无作用，为此，Hibernate提供了针对条件查询的Query Cache（查询缓存）。

一、一级缓存：

一级缓存是hibernate自带的，不受用户干预，其生命周期和session的生命周期一致，当前session一旦关闭，一级缓存就会消失，因此，一级缓存也叫session缓存或者事务级缓存，一级缓存只存储实体对象，不会缓存一般的对象属性，即：当获得对象后，就将该对象缓存起来，如果在同一个session中再去获取这个对象时，它会先判断缓存中有没有这个对象的ID，如果有，就直接从缓存中取出，否则，则去访问数据库，取了以后同时会将这个对象缓存起来。

二、二级缓存：

二级缓存也称为进程缓存或者sessionFactory级的缓存，它可以被所有的session共享，二级缓存的生命周期和sessionFactory的生命周期一致，二级缓存也是只存储实体对象。

二级缓存的一般过程如下：

①：条件查询的时候，获取查询到的实体对象

②：把获得到的所有数据对象根据ID放到二级缓存中

③：当Hibernate根据ID访问数据对象时，首先从sesison的一级缓存中查，查不到的时候如果配置了二级缓存，会从二级缓存中查找，如果还查不到，再查询数据库，把结果按照ID放入到缓存中

④：进行delete、update、add操作时会同时更新缓存

三、查询缓存：

查询缓存是对普通属性结果集的缓存，对实体对象的结果集只缓存id，对于经常使用的查询语句，如果启用了查询缓存，当第一次执行查询语句时，Hibernate会把查询结果存放在二级缓存中，以后再次执行该查询语句时，只需从缓存中获得查询结果，从而提高查询性能，查询缓存中以键值对的方式存储的，key键为查询的条件语句（具体的key规则应该是：类名+方法名+参数列表），value为查询之后等到的结果集的ID列表。

查询缓存的一般过程如下：

①：Query Cache保存了之前查询执行过的SelectSQL，以及结果集等信息组成一个Query Key

②：当再次遇到查询请求的时候，就会根据QueryKey从QueryCache中找，找到就返回，但当数据表发生数据变动的话，hbiernate就会自动清除QueryCache中对应的Query Key

我们从查询缓存的策略中可以看出，Query Cache只有在特定的条件下才会发挥作用，而且要求相当严格：

①：完全相同的SelectSQL重复执行

②：重复执行期间，QueryKey对应的数据表不能有数据变动

启用缓存的配置

EJB中配置查询缓存和二级缓存

1、在persistence.xml中启用缓存

<persistence-unitname="gxpt-qx-entity" transaction-type="JTA" >
<!--对jpa进行性能测试 -->
<provider>net.bull.javamelody.JpaPersistence</provider>

                 <jta-data-source>java:/MySqlDS</jta-data-source>
                 <!--<jta-data-source>java:/MyOracleDS</jta-data-source>   -->

                 <properties>
                          <!-- <propertyname="hibernate.dialect"value="org.hibernate.dialect.Oracle10gDialect"/> -->
                          <propertyname="hibernate.dialect"value="org.hibernate.dialect.MySQLDialect"/>
<propertyname="hibernate.hbm2ddl.auto" value="update" />
<propertyname="hibernate.show_sql" value="true" />

<!--指定二级缓存产品的提供商 -->
<propertyname="hibernate.cache.provider_class"
value="net.sf.ehcache.hibernate.SingletonEhCacheProvider"/>
<!--                        <propertyname="hibernate.cache.region.factory_class"
value="org.hibernate.cache.ehcache.EhCacheRegionFactory"/>-->
<!--开启二级缓存 -->
<propertyname="hibernate.cache.use_second_level_cache"value="true"/>
<!--开启查询缓存 -->
<propertyname="hibernate.cache.use_query_cache"value="true"/>
<!--指定缓存配置文件位置   -->
<propertyname="hibernate.cache.provider_configuration_file_resource_path"
value="/ehcache.xml"/>

                 </properties>
</persistence-unit>

2、通过注解指定User类使用二级缓存

@Entity
@Table(name="tq_user")
@Cache(usage=CacheConcurrencyStrategy.NONSTRICT_READ_WRITE)
publicclass User

3、开启查询缓存，除了在persistence.xml中有以上配置外，还需要在底层代码手动开启查询缓存

query.setHint("org.hibernate.cacheable", true);

或者query.setCacheable(true);

性能测试

通过sql语句

1、二级缓存关闭时，查询缓存开启和关闭情况对比*****普通属性查询

public String myCache() {
        List<String> strings = this.userServiceImpl
                .search("selectu.username from User u where id<4 order by id asc");
        for (String str : strings){
           System.out.println("username:" + str);
        }

        System.out.println("===================================");
        List<String> strings2 =this.userServiceImpl
                .search("select u.usernamefrom User u where id<4 order by id asc");
        for (String str : strings2){
           System.out.println("username:" + str);
        }
        return "/mycache";
    } 

当前二级缓存为关闭状态，看看查询缓存关闭时的查询结果：

  public List<String> search(Stringhql) {
        List<String> rtnStrs = newArrayList<String>();
        try {
           Session session = this.sessionFactory.openSession();
            session.beginTransaction();

           Query query = session.createQuery(hql);
            //query.setCacheable(true);//手动开启查询缓存
            rtnStrs =(List<String>) query.list();

           session.getTransaction().commit();
        } catch (Exception e){
            System.out.println("DAO层根据HQL语句查询失败");
        }
        return rtnStrs;
    }

上面代码中屏蔽了query.setCacheable(true)。

关闭二级缓存、关闭查询缓存 运行如下：

开启查询缓存、关闭二级缓存运行如下

结论：对于查询普通属性，无论二级缓存是否开启，只要开启了查询缓存，当两次执行的sql语句相同时，第二次不会发出sql语句，直接从内存中获取。

2、查询缓存开启时，二级缓存打开和关闭情况对比*******查询实体对象

/**
     * 查询缓存开启，二级缓存关闭*******查询实体对象
     *
     *运行结果：如果关闭查询缓存和二级缓存，在两次查询时都发出sql语句，此时为两条查询语句
     *
     *运行结果：如果开启查询缓存，关闭二级缓存，第二次会发出根据ID查询实体的n条查询语句
     *
     *运行结论：第一次执行list时，会把查询对象的ID缓存到查询缓存中，第二次执行list时（两次的查询SQL语句相同），会遍历查询缓存中的ID到
     * （一级、二级）缓存里找实体对象， 此时没有，则发出查询语句到数据库中查询
     *
    */
publicString mycache3() {
List<User>users1 = this.userServiceImpl.search();
           for(User u : users1) {
              System.out.println("users1:username:"+ u.getUsername());
          }
   System.out.println("===============");

        List<User> users2 =this.userServiceImpl.search();
        for (User u : users2) {
           System.out.println("users2:usersname:" + u.getUsername());
        }
return"/mycache";
    }

开启查询缓存、关闭二级缓存 运行如下：（两次都发出sql，而且第二次发出n条语句）

开启查询缓存、关闭二级缓存 运行如下（只发出一条语句）

总结：

（1）、当只是用hibernate查询缓存，而关闭二级缓存的时候:

①如果查询的是部分属性结果集，那么当第二次查询的时候就不会发出SQL语句，直接从Hibernate查询缓存中取数据

②如果查询的是实体结果集(eg.from User)这个HQL，那么查询出来的实体，首先hibernate查询缓存存放实体的ID，第二次查询的时候，就到hibernate查询缓存中取出ID一条一条的到数据库查询，这样将发出N条SQL语句，造成SQL泛滥。所以，在使用查询缓存的时候，最好配合开启二级缓存。

（2）、当开启Hibernate查询缓存和二级缓存的时候:

①如果查询的是部分属性结果集，这个和上面只用hbiernate查询缓存而关闭二级缓存的时候一致，因为不涉及实体，不会用到二级缓存。

②如果查询的是实体结果集，那么查询出来的实体首先在查询缓存中存放实体的ID，并将实体对象保存到二级缓存中，第二次查询的时候，就到hibernate查询缓存中取ID，根据ID去二级缓存中匹配数据，如果有数据就不会发出sql语句，如果都有，第二次查询一条SQL语句都不会发出，直接从二级缓存中取数据。

通过Javamelody

JavaMelody能够在运行环境中监测Java或Java EE应用程序服务器。并以图表的形式显示：Java内存和Java CPU使用情况，用户Session数量，JDBC连接数，和http请求、sql请求、jsp页面与业务接口方法（EJB3、Spring、Guice）的执行数量，平均执行时间，错误百分比等。

坤哥博客有介绍Java项目性能监控和调优工具-Javamelody

监控项目缓存个数

这是本次开发的权限项目中的缓存，共有12个，其中红色部分分别为二级缓存和查询缓存

对spring的监控

加缓存情况

不加缓存情况

根据统计结果，发现缓存的确可以提高性能。

但是有时候使用了缓存反而性能会降低，比如update方法，因为数据发生变更后，hibernate需要保持缓存和数据库两份的数据同步，所以加上缓存后，update性能降低，add、delete操作也是相同的道理。

所以缓存适用于在项目中存在大量查询的情况，否则是没必要适用的。

Q: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

4.参考数据,指的是供应用参考的常量数据，它的实例数目有限，它的实例会被许多其他类的实例引用，实例极少或者从来不会被修改。

　不适合存放到第二级缓存的数据？

1 经常被修改的数据

2 财务数据，绝对不允许出现并发

3 与其他应用共享的数据。

　常用的缓存插件 Hibernater 的二级缓存是一个插件，下面是几种常用的缓存插件：

　　EhCache：可作为进程范围的缓存，存放数据的物理介质可以是内存或硬盘，对Hibernate的查询缓存提供了支持。

　　OSCache：可作为进程范围的缓存，存放数据的物理介质可以是内存或硬盘，提供了丰富的缓存数据过期策略，对Hibernate的查询缓存提供了支持。

　　SwarmCache：可作为群集范围内的缓存，但不支持Hibernate的查询缓存。

　　JBossCache：可作为群集范围内的缓存，支持事务型并发访问策略，对Hibernate的查询缓存提供了支持。

配置二级缓存的主要步骤：

　　1 选择需要使用二级缓存的持久化类，设置它的命名缓存的并发访问策略。这是最值得认真考虑的步骤。

　　2 选择合适的缓存插件，然后编辑该插件的配置文件。