Java使用map實(shí)現(xiàn)帶過期時間的緩存機(jī)制

更新時間：2025年04月27日 08:29:06 作者：小太陽381

在?Java?開發(fā)領(lǐng)域,緩存機(jī)制的構(gòu)建通常依賴于?Redis?等專業(yè)緩存數(shù)據(jù)庫,這類解決方案雖能提供強(qiáng)大的緩存能力,但引入中間件意味著增加系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜度、部署成本與運(yùn)維負(fù)擔(dān),本文將深入探討一種輕量級替代方案基于?Java?原生Map實(shí)現(xiàn)的帶過期時間的緩存機(jī)制

引言

在 Java 開發(fā)領(lǐng)域，緩存機(jī)制的構(gòu)建通常依賴于 Redis 等專業(yè)緩存數(shù)據(jù)庫。這類解決方案雖能提供強(qiáng)大的緩存能力，但引入中間件意味著增加系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜度、部署成本與運(yùn)維負(fù)擔(dān)。本文將深入探討一種輕量級替代方案 —— 基于 Java 原生Map實(shí)現(xiàn)的帶過期時間的緩存機(jī)制。該方案無需引入外部工具，僅依托 Java 標(biāo)準(zhǔn)庫即可快速搭建起緩存體系，特別適用于對資源占用敏感、架構(gòu)追求極簡的項(xiàng)目場景，為開發(fā)者提供了一種輕量高效的緩存數(shù)據(jù)管理新選擇。

優(yōu)點(diǎn)：

輕量便捷：無需引入 Redis 等外部中間件，直接使用 Java 標(biāo)準(zhǔn)庫即可實(shí)現(xiàn)，降低了項(xiàng)目依賴，簡化了部署流程。
快速搭建：基于熟悉的Map數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，開發(fā)人員能夠快速理解和實(shí)現(xiàn)緩存邏輯，顯著提升開發(fā)效率。
資源可控：可靈活控制緩存數(shù)據(jù)的生命周期，通過設(shè)置過期時間，精準(zhǔn)管理內(nèi)存占用，適合對資源占用敏感的場景。

缺點(diǎn)：該方案存在明顯局限性，即數(shù)據(jù)無法持久化。一旦應(yīng)用程序停止運(yùn)行，緩存中的所有數(shù)據(jù)都會丟失。相較于 Redis 等具備持久化功能的專業(yè)緩存數(shù)據(jù)庫，在需要長期保存緩存數(shù)據(jù)，或是應(yīng)對應(yīng)用重啟后數(shù)據(jù)恢復(fù)需求的場景下，基于 Java 原生Map的緩存機(jī)制就顯得力不從心。

代碼實(shí)現(xiàn)

package com.sunny.utils;

import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SysCache {

    // 單例實(shí)例
    private static class Holder {
        private static final SysCache INSTANCE = new SysCache();
    }

    public static SysCache getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }

    // 緩存存儲結(jié)構(gòu)，Key為String，Value為包含值和過期時間的CacheEntry對象
    private final ConcurrentHashMap<String, CacheEntry> cacheMap = new ConcurrentHashMap<>();
    // 定時任務(wù)執(zhí)行器
    private final ScheduledExecutorService  scheduledExecutorService;

    // 私有構(gòu)造方法，初始化定時清理任務(wù)
    private SysCache() {
        scheduledExecutorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        // 每隔1秒執(zhí)行一次清理任務(wù)
        scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(this::cleanUp, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);
        // 注冊JVM關(guān)閉鉤子以優(yōu)雅關(guān)閉線程池
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(this::shutdown));
    }

    /**
     * 存入緩存
     * @param key 鍵
     * @param value 值
     */
    public void set(String key, Object value){
        cacheMap.put(key, new CacheEntry(value, -1));
    }

    /**
     * 存入緩存
     * @param key 鍵
     * @param value 值
     * @param expireTime 過期時間，單位毫秒
     */
    public void set(String key, Object value, long expireTime) {
        if (expireTime <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("expireTime must be greater than 0");
        }
        cacheMap.put(key, new CacheEntry(value, System.currentTimeMillis() + expireTime));
    }

    /**
     * 刪除緩存
     * @param key 鍵
     */
    public void remove(String key) {
        cacheMap.remove(key);
    }

    /**
     * 緩存中是否包含鍵
     * @param key 鍵
     */
    public boolean containsKey(String key) {
        CacheEntry cacheEntry = cacheMap.get(key);
        if (cacheEntry == null) {
            return false;
        }
        if (cacheEntry.getExpireTime() < System.currentTimeMillis()) {
            remove(key);
            return false;
        }
        return true;
    }


    /**
     *獲取緩存值
     * @param key 鍵
     */
    public Object get(String key) {
        CacheEntry cacheEntry = cacheMap.get(key);
        if (cacheEntry == null) {
            return null;
        }
        if (cacheEntry.getExpireTime() < System.currentTimeMillis()) {
            cacheMap.remove(key);
            return null;
        }
        return cacheEntry.getValue();
    }


    private static class CacheEntry {
        private final Object value;
        private final long expireTime;

        public CacheEntry(Object value, long expireTime) {
            this.value = value;
            this.expireTime = expireTime;
        }

        public Object getValue() {
            return value;
        }

        public long getExpireTime() {
            return expireTime;
        }
    }

    /**
     * 定時清理過期條目
     */
    private void cleanUp() {
        Iterator<Map.Entry<String, CacheEntry>> iterator = cacheMap.entrySet().iterator();
        long currentTime = System.currentTimeMillis();
        while (iterator.hasNext()) {
            Map.Entry<String, CacheEntry> entry = iterator.next();
            CacheEntry cacheEntry = entry.getValue();
            if (cacheEntry.expireTime < currentTime) {
                // 使用iterator移除當(dāng)前條目，避免ConcurrentModificationException
                iterator.remove();
            }
        }
    }

    /**
     * 關(guān)閉線程池釋放資源
     */
    private void shutdown() {
        scheduledExecutorService.shutdown();
        try {
            if (!scheduledExecutorService.awaitTermination(5, TimeUnit.SECONDS)) {
                scheduledExecutorService.shutdownNow();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            scheduledExecutorService.shutdownNow();
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}