Ehcache（08）——可阻塞的Cache——BlockingCache

可阻塞的Cache—BlockingCache

       在上一节我们提到了显示使用Ehcache锁的问题，其实我们还可以隐式的来使用Ehcache的锁，那就是通过BlockingCache。BlockingCache是Ehcache的一个封装类，可以让我们对Ehcache进行并发操作。其内部的锁机制是使用的net.sf.ehcache.concurrent.ReadWriteLockSync，与显示锁调用是一样的实现，而ReadWriteLockSync内部使用的是Java的java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock。

       BlockingCache拥有两个构造函数，它们都接收一个Ehcache对象，其中一个还接收一个指定并发数量的参数numberOfStripes，另一个没有numberOfStripes参数，但其将使用默认值，默认值为2048。numberOfStripes的值必须大于0，且为2的指数。接收的参数cache表示真正进行操作的Ehcache对象，BlockingCache只是对其进行了封装，使其支持并发操作。

    public BlockingCache(final Ehcache cache, int numberOfStripes) throws CacheException {
        super(cache);
        this.stripes = numberOfStripes;
        this.cacheLockProviderReference = new AtomicReference<CacheLockProvider>();
    }
 
    public BlockingCache(final Ehcache cache) throws CacheException {
        this(cache, StripedReadWriteLockSync.DEFAULT_NUMBER_OF_MUTEXES);
    }

    虽然我们的Ehcache是支持锁调用的，但BlockingCache与显示锁调用不同的是它不是直接通过所持有的Ehcache来获取锁和释放锁的，而是由其内部完成的。在从BlockingCache中get元素时，是支持并发读的，这没有问题，但如果对应key对应的元素不存在，则线程将被阻塞，直到调用了对应的put()方法存放了一个对应的key的元素为止。这是怎么做到的呢？我们来看一下BlockingCache的源码。

    public Element get(final Object key) throws RuntimeException, LockTimeoutException {
        getObserver.begin();
        Sync lock = getLockForKey(key);
        acquiredLockForKey(key, lock, LockType.READ);
        Element element;
        try {
            element = underlyingCache.get(key);
        } finally {
            lock.unlock(LockType.READ);
        }
        if (element == null) {
            acquiredLockForKey(key, lock, LockType.WRITE);
            element = underlyingCache.get(key);
            if (element != null) {
                lock.unlock(LockType.WRITE);
                getObserver.end(GetOutcome.HIT);
            } else {
                getObserver.end(GetOutcome.MISS_AND_LOCKED);
            }
            return element;
        } else {
            getObserver.end(GetOutcome.HIT);
            return element;
        }
    }
 

上述是BlockingCache的核心get()方法。我们可以看到首先我们获取到了对应key的Sync，Sync是一个接口，其实现类通过持有的Lock对象可以对对应的key进行Read Lock或Write Lock。另外有一点需要注意的是对于同一个key而言，我们使用的是同一个Lock对象。通过上一节对Ehcache显示锁介绍，我们知道Read Lock之间是不会阻塞的。所以当我们在试图get一个元素时：

       1、如果对应的key没有Write锁，那我们的代码都可以顺利的执行到判断element是否为null那一行，这个时候获取到的Read锁已经释放，不会影响以后获取其Write锁；

       2、如果对应key存在Write锁，则在调用“acquiredLockForKey(key, lock, LockType.READ);”时就会被阻塞直到对应的Write锁被释放。

       3、如果获取到的element不为null，则将直接返回。

       4、如果element为null，则将获取对应key的Write锁，此时如果存在其它线程获取了该key的Read锁，则将阻塞直到不存在对应的Read锁。

       5、获取到Write锁以后重新get一次对应的元素，因为有可能在判断element为null之后，获取对应的Write锁之前，已经有线程put了一个对应的元素到Cache中。如果获取到了对应的元素则释放对应的Write锁，然后返回获取到的元素。

       6、获取到了Write锁之后其它试图获取对应key的Read锁或Write锁的线程都将被阻塞。如果获取到了Write锁之后对应的元素还是为null，则将直接返回。此时除该线程以外的其它调用了get()方法的线程都将被阻塞，因为当前线程的Write锁还没有释放。

       通过上面的代码和分析我们知道，如果在利用BlockingCache的get()方法获取一个元素时，如果对应的元素不存在，则除最终获取到Write锁的线程以外的线程都将被阻塞，而获取到了对应key的Write锁的线程该如何释放其Write锁呢？这是通过往BlockingCache中put一个对应key的元素来释放的。BlockingCache是实现了Ehcache接口的，所以Ehcache拥有的put*()方法，BlockingCache都有，但是在BlockingCache的put*()方法中都加入了一个doAndReleaseWriteLock的逻辑。我们先来看一个put()方法的实现。

    public void put(final Element element) {
 
        doAndReleaseWriteLock(new PutAction<Void>(element) {
            @Override
            public Void put() {
                if (element.getObjectValue() != null) {
                    underlyingCache.put(element);
                } else {
                    underlyingCache.remove(element.getObjectKey());
                }
                returnnull;
            }
        });
    }
 

我们可以看到在该put()方法内部调用了一个doAndReleaseWriteLock()方法，从该方法名以及其接收的参数我们可以看出，doAndReleaseWriteLock()方法的作用就是执行接收的参数PutAction的put()方法，然后释放对应key的Write锁，而且PutAction的构造是接收一个Element参数的，这样在PutAction中的put()方法中我们就可以使用该Element对象了。doAndReleaseWriteLock()方法的实现如下所示。

    private <V> V doAndReleaseWriteLock(PutAction<V> putAction) {
 
        if (putAction.element == null) {
            returnnull;
        }
        Object key = putAction.element.getObjectKey();
        Sync lock = getLockForKey(key);
        if (!lock.isHeldByCurrentThread(LockType.WRITE)) {
            lock.lock(LockType.WRITE);
        }
        try {
            return putAction.put();
        } finally {
            //Release the writelock here. This will have been acquired in the get, where the element was null
            lock.unlock(LockType.WRITE);
        }
    }
 

从源代码我们可以看到，其内部实现跟我们设想的差不多。在PutAction所持有的Element不为null的情况下会判断当前线程是否持有对应key的Write锁，如果没有对应key的Write锁，则将试图获取其Write锁，这个时候如果该key的Write锁已经被别的线程获取了，则在这里将进行阻塞。拥有了Write锁之后就可以执行PutAction对象的put()方法了，执行完后就可以释放对应key的Write锁了。

       回过头来看，之前从BlockingCache中get元素时，如果对应元素不存在，则该线程将获取到对应key的Write锁（并发情况下，究竟是哪一个线程会获取到该key的Write锁是不定的），将使其它试图获取该key的Write锁或Read锁的线程阻塞。如果该线程此时往BlockingCache中put一个对应key的元素，则该线程所持有的Write锁将会释放，其它线程可以顺利的获取该key的Read锁和Write锁，即可以顺利的调用BlockingCache的get()方法获取对应的元素。BlockingCache就是为使用页面缓存而设计的，当多个线程同时请求一个页面时，如果缓存中存在对应的页面，则可以直接返回，Read锁之间不会阻塞；如果对应的页面不存在，那么这个时候只有一个线程会返回null，其它线程都将被阻塞，返回值为null时，Ehcache将会把对应的页面put到BlockingCache中，此时该线程所持有的Write锁将释放，而其它被阻塞的线程也将可以顺利的获取到该页面。这样一来就可以避免多个线程在get到的元素为null时，都同时往缓存中put对应的页面，造成不必要的资源浪费。如果有页面缓存这样的需求的话使用BlockingCache是再合适不过了。关于Ehcache使用页面缓存的更多信息将在下一篇博文中介绍。

       刚刚说的BlockingCache就是为页面缓存设计的。如果用户需要自己使用BlockingCache时注意在获取到的元素为null时要释放对应的Write锁。这个时候有两种方法，一是调用BlockingCache的任意put方法，往其中存放一个对应key的元素；二是自己定义一个类继承BlockingCache，然后开放一个释放锁的方法，对应逻辑可以参考BlockingCache的doAndReleaseLock()方法，这是因为其内部获取锁的方法getLockForKey()的访问类型是protected。

       此外，BlockingCache在获取锁时如果被阻塞了，那么阻塞时间是不定的，它有可能会非常长。如果不希望阻塞时间太长的话，我们可以通过BlockingCache的setTimeoutMillis()方法设置最长阻塞时间，单位为毫秒，这样如果一个线程在timeoutMillis时间内还没有获取到对应的锁则将抛出LockTimeoutException。

（注：本文是基于Ehcache2.8.1所写）