hibernate緩存機制

緩存是介于應(yīng)用程序和物理數(shù)據(jù)源之間，其作用是為了降低應(yīng)用程序?qū)ξ锢頂?shù)據(jù)源訪問的頻次，從而提高了應(yīng)用的運行性能。緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)是對物理數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)的復(fù)制，應(yīng)用程序在運行時從緩存讀寫數(shù)據(jù)，在特定的時刻或事件會同步緩存和物理數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。

　　緩存的介質(zhì)一般是內(nèi)存，所以讀寫速度很快。但如果緩存中存放的數(shù)據(jù)量非常大時，也會用硬盤作為緩存介質(zhì)。緩存的實現(xiàn)不僅僅要考慮存儲的介質(zhì)，還要考慮到管理緩存的并發(fā)訪問和緩存數(shù)據(jù)的生命周期。

　　Hibernate的緩存包括Session的緩存和SessionFactory的緩存，其中SessionFactory的緩存又可以分為兩類：內(nèi)置緩存和外置緩存。Session的緩存是內(nèi)置的，不能被卸載，也被稱為Hibernate的第一級緩存。SessionFactory的內(nèi)置緩存和Session的緩存在實現(xiàn)方式上比較相似，前者是SessionFactory對象的一些集合屬性包含的數(shù)據(jù)，后者是指Session的一些集合屬性包含的數(shù)據(jù)。SessionFactory的內(nèi)置緩存中存放了映射元數(shù)據(jù)和預(yù)定義SQL語句，映射元數(shù)據(jù)是映射文件中數(shù)據(jù)的拷貝，而預(yù)定義SQL語句是在Hibernate初始化階段根據(jù)映射元數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來，SessionFactory的內(nèi)置緩存是只讀的，應(yīng)用程序不能修改緩存中的映射元數(shù)據(jù)和預(yù)定義SQL語句，因此SessionFactory不需要進行內(nèi)置緩存與映射文件的同步。SessionFactory的外置緩存是一個可配置的插件。在默認情況下，SessionFactory不會啟用這個插件。外置緩存的數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的拷貝，外置緩存的介質(zhì)可以是內(nèi)存或者硬盤。SessionFactory的外置緩存也被稱為Hibernate的第二級緩存。

　　Hibernate的這兩級緩存都位于持久化層，存放的都是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的拷貝，那么它們之間的區(qū)別是什么呢？為了理解二者的區(qū)別，需要深入理解持久化層的緩存的兩個特性：緩存的范圍和緩存的并發(fā)訪問策略。

持久化層的緩存的范圍

　　緩存的范圍決定了緩存的生命周期以及可以被誰訪問。緩存的范圍分為三類。

　　1 事務(wù)范圍：緩存只能被當前事務(wù)訪問。緩存的生命周期依賴于事務(wù)的生命周期，當事務(wù)結(jié)束時，緩存也就結(jié)束生命周期。在此范圍下，緩存的介質(zhì)是內(nèi)存。事務(wù)可以是數(shù)據(jù)庫事務(wù)或者應(yīng)用事務(wù)，每個事務(wù)都有獨自的緩存，緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)通常采用相互關(guān)聯(lián)的的對象形式。

　　2 進程范圍：緩存被進程內(nèi)的所有事務(wù)共享。這些事務(wù)有可能是并發(fā)訪問緩存，因此必須對緩存采取必要的事務(wù)隔離機制。緩存的生命周期依賴于進程的生命周期，進程結(jié)束時，緩存也就結(jié)束了生命周期。進程范圍的緩存可能會存放大量的數(shù)據(jù)，所以存放的介質(zhì)可以是內(nèi)存或硬盤。緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)既可以是相互關(guān)聯(lián)的對象形式也可以是對象的松散數(shù)據(jù)形式。松散的對象數(shù)據(jù)形式有點類似于對象的序列化數(shù)據(jù)，但是對象分解為松散的算法比對象序列化的算法要求更快。

　　3 集群范圍：在集群環(huán)境中，緩存被一個機器或者多個機器的進程共享。緩存中的數(shù)據(jù)被復(fù)制到集群環(huán)境中的每個進程節(jié)點，進程間通過遠程通信來保證緩存中的數(shù)據(jù)的一致性，緩存中的數(shù)據(jù)通常采用對象的松散數(shù)據(jù)形式。

　　對大多數(shù)應(yīng)用來說，應(yīng)該慎重地考慮是否需要使用集群范圍的緩存，因為訪問的速度不一定會比直接訪問數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的速度快多少。

　　持久化層可以提供多種范圍的緩存。如果在事務(wù)范圍的緩存中沒有查到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，還可以到進程范圍或集群范圍的緩存內(nèi)查詢，如果還是沒有查到，那么只有到數(shù)據(jù)庫中查詢。事務(wù)范圍的緩存是持久化層的第一級緩存，通常它是必需的；進程范圍或集群范圍的緩存是持久化層的第二級緩存，通常是可選的。

持久化層的緩存的并發(fā)訪問策略

　　當多個并發(fā)的事務(wù)同時訪問持久化層的緩存的相同數(shù)據(jù)時，會引起并發(fā)問題，必須采用必要的事務(wù)隔離措施。

　　在進程范圍或集群范圍的緩存，即第二級緩存，會出現(xiàn)并發(fā)問題。因此可以設(shè)定以下四種類型的并發(fā)訪問策略，每一種策略對應(yīng)一種事務(wù)隔離級別。

　　事務(wù)型：僅僅在受管理環(huán)境中適用。它提供了Repeatable Read事務(wù)隔離級別。對于經(jīng)常被讀但很少修改的數(shù)據(jù)，可以采用這種隔離類型，因為它可以防止臟讀和不可重復(fù)讀這類的并發(fā)問題。

　　讀寫型：提供了Read Committed事務(wù)隔離級別。僅僅在非集群的環(huán)境中適用。對于經(jīng)常被讀但很少修改的數(shù)據(jù)，可以采用這種隔離類型，因為它可以防止臟讀這類的并發(fā)問題。

　　非嚴格讀寫型：不保證緩存與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一致性。如果存在兩個事務(wù)同時訪問緩存中相同數(shù)據(jù)的可能，必須為該數(shù)據(jù)配置一個很短的數(shù)據(jù)過期時間，從而盡量避免臟讀。對于極少被修改，并且允許偶爾臟讀的數(shù)據(jù)，可以采用這種并發(fā)訪問策略。

　　只讀型：對于從來不會修改的數(shù)據(jù)，如參考數(shù)據(jù)，可以使用這種并發(fā)訪問策略。

　　事務(wù)型并發(fā)訪問策略是事務(wù)隔離級別最高，只讀型的隔離級別最低。事務(wù)隔離級別越高，并發(fā)性能就越低。

什么樣的數(shù)據(jù)適合存放到第二級緩存中？
1 很少被修改的數(shù)據(jù)

2 不是很重要的數(shù)據(jù)，允許出現(xiàn)偶爾并發(fā)的數(shù)據(jù)

3 不會被并發(fā)訪問的數(shù)據(jù)

4 參考數(shù)據(jù)

不適合存放到第二級緩存的數(shù)據(jù)？

1 經(jīng)常被修改的數(shù)據(jù)

2 財務(wù)數(shù)據(jù)，絕對不允許出現(xiàn)并發(fā)

3 與其他應(yīng)用共享的數(shù)據(jù)。

Hibernate的二級緩存

　　如前所述，Hibernate提供了兩級緩存，第一級是Session的緩存。由于Session對象的生命周期通常對應(yīng)一個數(shù)據(jù)庫事務(wù)或者一個應(yīng)用事務(wù)，因此它的緩存是事務(wù)范圍的緩存。第一級緩存是必需的，不允許而且事實上也無法比卸除。在第一級緩存中，持久化類的每個實例都具有唯一的OID。

　　第二級緩存是一個可插拔的的緩存插件，它是由SessionFactory負責(zé)管理。由于SessionFactory對象的生命周期和應(yīng)用程序的整個過程對應(yīng)，因此第二級緩存是進程范圍或者集群范圍的緩存。這個緩存中存放的對象的松散數(shù)據(jù)。第二級對象有可能出現(xiàn)并發(fā)問題，因此需要采用適當?shù)牟l(fā)訪問策略，該策略為被緩存的數(shù)據(jù)提供了事務(wù)隔離級別。緩存適配器用于把具體的緩存實現(xiàn)軟件與Hibernate集成。第二級緩存是可選的，可以在每個類或每個集合的粒度上配置第二級緩存。

Hibernate的二級緩存策略的一般過程如下：

1) 條件查詢的時候，總是發(fā)出一條select * from table_name where …. （選擇所有字段）這樣的SQL語句查詢數(shù)據(jù)庫，一次獲得所有的數(shù)據(jù)對象。

2) 把獲得的所有數(shù)據(jù)對象根據(jù)ID放入到第二級緩存中。

3) 當Hibernate根據(jù)ID訪問數(shù)據(jù)對象的時候，首先從Session一級緩存中查；查不到，如果配置了二級緩存，那么從二級緩存中查；查不到，再查詢數(shù)據(jù)庫，把結(jié)果按照ID放入到緩存。

4) 刪除、更新、增加數(shù)據(jù)的時候，同時更新緩存。

　　Hibernate的二級緩存策略，是針對于ID查詢的緩存策略，對于條件查詢則毫無作用。為此，Hibernate提供了針對條件查詢的Query緩存。

Hibernate的Query緩存策略的過程如下：

1) Hibernate首先根據(jù)這些信息組成一個Query Key，Query Key包括條件查詢的請求一般信息：SQL, SQL需要的參數(shù)，記錄范圍（起始位置rowStart，最大記錄個數(shù)maxRows)，等。

2) Hibernate根據(jù)這個Query Key到Query緩存中查找對應(yīng)的結(jié)果列表。如果存在，那么返回這個結(jié)果列表；如果不存在，查詢數(shù)據(jù)庫，獲取結(jié)果列表，把整個結(jié)果列表根據(jù)Query Key放入到Query緩存中。

3) Query Key中的SQL涉及到一些表名，如果這些表的任何數(shù)據(jù)發(fā)生修改、刪除、增加等操作，這些相關(guān)的Query Key都要從緩存中清空。
Hibernate的二級緩存原理非常類似于Jdon框架（可見JF開發(fā)指南）。

雖然原理類似，但是區(qū)別在于：通過Jdon框架可靈活指定緩存位置，如緩存設(shè)置在持久層前面，這就象Hibernate緩存；但是也可以設(shè)置在更前面，如業(yè)務(wù)層前面，而且也可以實現(xiàn)持久層和業(yè)務(wù)層前的共用一個緩存，這些都以及在JiveJdon3中實現(xiàn)。

緩存提前訪問的好處是：表現(xiàn)層的請求不必經(jīng)過業(yè)務(wù)層直接得到緩存，節(jié)省業(yè)務(wù)層開銷，緩存越靠近用戶界面端，性能越好，查詢越頻繁使用，緩存擊中率越高，各方面消耗就越小，最好緩存在客戶端，這也是胖客戶端一個性能優(yōu)勢。

將對象保存到緩存中必須在持久層實現(xiàn)，但是如果在業(yè)務(wù)層甚至表現(xiàn)層能夠都能操作的緩存和持久層的緩存是同一個緩存好處就很大。

我們可以將業(yè)務(wù)狀態(tài)保存到緩存中，我曾經(jīng)發(fā)表一篇“狀態(tài)對象：數(shù)據(jù)庫的替代者”(http://www.jdon.com/artichect/state.htm)，意思說盡量使用對象狀態(tài)，少用數(shù)據(jù)庫，就是把我們的數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存中，怎么保存到內(nèi)存中呢？就是保存到緩存中。

如果保存到緩存中只能在持久層觸發(fā)，顯然不方便，想像一下我們有一個對象：如論壇狀態(tài)，我不希望這個對象持久化保存到數(shù)據(jù)庫，只要在內(nèi)存中存在就可以了，如果緩存保存觸發(fā)只在持久層，那就必須強迫我們保存到數(shù)據(jù)庫中（可能Hibernate有這種只保存二級緩存，不保存到數(shù)據(jù)庫功能，如發(fā)現(xiàn)提供一下），而單獨直接操作緩存就可以做到這點。

所以，業(yè)務(wù)層特別是業(yè)務(wù)容器能夠訪問到緩存非常重要，這是Jdon框架的又一個特點，目前沒有在spring+Hibernate組合中看到如此精妙構(gòu)思的功能。
Jdon框架帶來的業(yè)務(wù)層能夠操作緩存或Session好處：
1. 自自由確定領(lǐng)域模型的scope, 所有業(yè)務(wù)邏輯可都在業(yè)務(wù)層實現(xiàn)，而不必將一些業(yè)務(wù)代碼（如購物車）分離到表現(xiàn)層如struts的action中實現(xiàn)（因為其他框架只有在表現(xiàn)層中才能操作到Session，這是spring 1.x本身沒有的），減少代碼在層選擇上的痛苦和分散。

2. 對象狀態(tài)（臨時）只保存緩存中，而不保存到數(shù)據(jù)庫，幾乎對象都有自己的屬性狀態(tài)，狀態(tài)頻繁更新是日常應(yīng)用系統(tǒng)特點，減少數(shù)據(jù)庫持久操作，提高性能。Hibernate等數(shù)據(jù)庫框架的緩存在這種情況下失效。

3. 緩存越靠近客戶端越快。