淺析Java的Hibernate框架中的緩存和延遲加載機(jī)制
hibernate一級緩存和二級緩存的區(qū)別
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(yùn)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(yùn)行時(shí)從緩存讀寫數(shù)據(jù),在特定的時(shí)刻或事件會(huì)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(shí),也會(huì)用硬盤作為緩存介質(zhì)。緩存的實(shí)現(xiàn)不僅僅要考慮存儲(chǔ)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(shí)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(jìn)行內(nèi)置緩存與映射文件的同步。SessionFactory的外置緩存是一個(gè)可配置的插件。在默認(rèn)情況下,SessionFactory不會(huì)啟用這個(gè)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(gè)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(dāng)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(dāng)事務(wù)結(jié)束時(shí),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(gè)事務(wù)都有獨(dú)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(jìn)程范圍:緩存被進(jìn)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(jī)制。緩存的生命周期依賴于進(jìn)程的生命周期,進(jìn)程結(jié)束時(shí),緩存也就結(jié)束了生命周期。進(jìn)程范圍的緩存可能會(huì)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(diǎn)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(gè)機(jī)器或者多個(gè)機(jī)器的進(jìn)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(gè)進(jìn)程節(jié)點(diǎn),進(jìn)程間通過遠(yuǎn)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?yàn)樵L問的速度不一定會(huì)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(jìn)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(jìn)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(dāng)多個(gè)并發(fā)的事務(wù)同時(shí)訪問持久化層的緩存的相同數(shù)據(jù)時(shí),會(huì)引起并發(fā)問題,必須采用必要的事務(wù)隔離措施。
在進(jìn)程范圍或集群范圍的緩存,即第二級緩存,會(huì)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?yàn)樗梢苑乐古K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?yàn)樗梢苑乐古K讀這類的并發(fā)問題。
非嚴(yán)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(gè)事務(wù)同時(shí)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(gè)很短的數(shù)據(jù)過期時(shí)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(huì)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(huì)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(cái)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(gè)數(shù)據(jù)庫事務(wù)或者一個(gè)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(shí)上也無法比卸除。在第一級緩存中,持久化類的每個(gè)實(shí)例都具有唯一的OID。
第二級緩存是一個(gè)可插拔的的緩存插件,它是由SessionFactory負(fù)責(zé)管理。由于SessionFactory對象的生命周期和應(yīng)用程序的整個(gè)過程對應(yīng),因此第二級緩存是進(jìn)程范圍或者集群范圍的緩存。這個(gè)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(dāng)?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(shí)現(xiàn)軟件與Hibernate集成。第二級緩存是可選的,可以在每個(gè)類或每個(gè)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(shí)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(dāng)Hibernate根據(jù)ID訪問數(shù)據(jù)對象的時(shí)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(shí)候,同時(shí)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(gè)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(gè)數(shù)maxRows),等。
2) Hibernate根據(jù)這個(gè)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(gè)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(gè)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延遲加載機(jī)制
延遲加載:
延遲加載機(jī)制是為了避免一些無謂的性能開銷而提出來的,所謂延遲加載就是當(dāng)在真正需要數(shù)據(jù)的時(shí)候,才真正執(zhí)行數(shù)據(jù)加載操作。在Hibernate中提供了對實(shí)體對象的延遲加載以及對集合的延遲加載,另外在Hibernate3中還提供了對屬性的延遲加載。下面我們就分別介紹這些種類的延遲加載的細(xì)節(jié)。
A、實(shí)體對象的延遲加載:
如果想對實(shí)體對象使用延遲加載,必須要在實(shí)體的映射配置文件中進(jìn)行相應(yīng)的配置,如下所示:
<hibernate-mapping> <class name=”com.neusoft.entity.User” table=”user” lazy=”true”> …… </class> </hibernate-mapping>
通過將class的lazy屬性設(shè)置為true,來開啟實(shí)體的延遲加載特性。如果我們運(yùn)行下面的代碼:
User user=(User)session.load(User.class,”1”);
(1)
System.out.println(user.getName());
(2)
當(dāng)運(yùn)行到(1)處時(shí),Hibernate并沒有發(fā)起對數(shù)據(jù)的查詢,如果我們此時(shí)通過一些調(diào)試工具(比如JBuilder2005的Debug工具),觀察此時(shí)user對象的內(nèi)存快照,我們會(huì)驚奇的發(fā)現(xiàn),此時(shí)返回的可能是User$EnhancerByCGLIB$$bede8986類型的對象,而且其屬性為null,這是怎么回事?還記得前面我曾講過session.load()方法,會(huì)返回實(shí)體對象的代理類對象,這里所返回的對象類型就是User對象的代理類對象。在Hibernate中通過使用CGLIB,來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)構(gòu)造一個(gè)目標(biāo)對象的代理類對象,并且在代理類對象中包含目標(biāo)對象的所有屬性和方法,而且所有屬性均被賦值為null。通過調(diào)試器顯示的內(nèi)存快照,我們可以看出此時(shí)真正的User對象,是包含在代理對象的CGLIB$CALBACK_0.target屬性中,當(dāng)代碼運(yùn)行到(2)處時(shí),此時(shí)調(diào)用user.getName()方法,這時(shí)通過CGLIB賦予的回調(diào)機(jī)制,實(shí)際上調(diào)用CGLIB$CALBACK_0.getName()方法,當(dāng)調(diào)用該方法時(shí),Hibernate會(huì)首先檢查CGLIB$CALBACK_0.target屬性是否為null,如果不為空,則調(diào)用目標(biāo)對象的getName方法,如果為空,則會(huì)發(fā)起數(shù)據(jù)庫查詢,生成類似這樣的SQL語句:select * from user where id='1';來查詢數(shù)據(jù),并構(gòu)造目標(biāo)對象,并且將它賦值到CGLIB$CALBACK_0.target屬性中。
這樣,通過一個(gè)中間代理對象,Hibernate實(shí)現(xiàn)了實(shí)體的延遲加載,只有當(dāng)用戶真正發(fā)起獲得實(shí)體對象屬性的動(dòng)作時(shí),才真正會(huì)發(fā)起數(shù)據(jù)庫查詢操作。所以實(shí)體的延遲加載是用通過中間代理類完成的,所以只有session.load()方法才會(huì)利用實(shí)體延遲加載,因?yàn)橹挥衧ession.load()方法才會(huì)返回實(shí)體類的代理類對象。
B、 集合類型的延遲加載:
在Hibernate的延遲加載機(jī)制中,針對集合類型的應(yīng)用,意義是最為重大的,因?yàn)檫@有可能使性能得到大幅度的提高,為此Hibernate進(jìn)行了大量的努力,其中包括對JDK Collection的獨(dú)立實(shí)現(xiàn),我們在一對多關(guān)聯(lián)中,定義的用來容納關(guān)聯(lián)對象的Set集合,并不是java.util.Set類型或其子類型,而是net.sf.hibernate.collection.Set類型,通過使用自定義集合類的實(shí)現(xiàn),Hibernate實(shí)現(xiàn)了集合類型的延遲加載。為了對集合類型使用延遲加載,我們必須如下配置我們的實(shí)體類的關(guān)于關(guān)聯(lián)的部分:
<hibernate-mapping> <class name=”com.neusoft.entity.User” table=”user”> ….. <set name=”addresses” table=”address” lazy=”true” inverse=”true”> <key column=”user_id”/> <one-to-many class=”com.neusoft.entity.Arrderss”/> </set> </class> </hibernate-mapping>
通過將<set>元素的lazy屬性設(shè)置為true來開啟集合類型的延遲加載特性。我們看下面的代碼:
User user=(User)session.load(User.class,”1”); Collection addset=user.getAddresses();
(1)
Iterator it=addset.iterator();
(2)
while(it.hasNext()){ Address address=(Address)it.next(); System.out.println(address.getAddress()); }
當(dāng)程序執(zhí)行到(1)處時(shí),這時(shí)并不會(huì)發(fā)起對關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的查詢來加載關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù),只有運(yùn)行到(2)處時(shí),真正的數(shù)據(jù)讀取操作才會(huì)開始,這時(shí)Hibernate會(huì)根據(jù)緩存中符合條件的數(shù)據(jù)索引,來查找符合條件的實(shí)體對象。
這里我們引入了一個(gè)全新的概念——數(shù)據(jù)索引,下面我們首先將接一下什么是數(shù)據(jù)索引。在Hibernate中對集合類型進(jìn)行緩存時(shí),是分兩部分進(jìn)行緩存的,首先緩存集合中所有實(shí)體的id列表,然后緩存實(shí)體對象,這些實(shí)體對象的id列表,就是所謂的數(shù)據(jù)索引。當(dāng)查找數(shù)據(jù)索引時(shí),如果沒有找到對應(yīng)的數(shù)據(jù)索引,這時(shí)就會(huì)一條select SQL的執(zhí)行,獲得符合條件的數(shù)據(jù),并構(gòu)造實(shí)體對象集合和數(shù)據(jù)索引,然后返回實(shí)體對象的集合,并且將實(shí)體對象和數(shù)據(jù)索引納入Hibernate的緩存之中。另一方面,如果找到對應(yīng)的數(shù)據(jù)索引,則從數(shù)據(jù)索引中取出id列表,然后根據(jù)id在緩存中查找對應(yīng)的實(shí)體,如果找到就從緩存中返回,如果沒有找到,在發(fā)起select SQL查詢。在這里我們看出了另外一個(gè)問題,這個(gè)問題可能會(huì)對性能產(chǎn)生影響,這就是集合類型的緩存策略。如果我們?nèi)缦屡渲眉项愋停?/p>
<hibernate-mapping> <class name=”com.neusoft.entity.User” table=”user”> ….. <set name=”addresses” table=”address” lazy=”true” inverse=”true”> <cache usage=”read-only”/> <key column=”user_id”/> <one-to-many class=”com.neusoft.entity.Arrderss”/> </set> </class> </hibernate-mapping>
這里我們應(yīng)用了<cache usage=”read-only”/>配置,如果采用這種策略來配置集合類型,Hibernate將只會(huì)對數(shù)據(jù)索引進(jìn)行緩存,而不會(huì)對集合中的實(shí)體對象進(jìn)行緩存。如上配置我們運(yùn)行下面的代碼:
User user=(User)session.load(User.class,”1”); Collection addset=user.getAddresses(); Iterator it=addset.iterator(); while(it.hasNext()){ Address address=(Address)it.next(); System.out.println(address.getAddress()); } System.out.println(“Second query……”); User user2=(User)session.load(User.class,”1”); Collection it2=user2.getAddresses(); while(it2.hasNext()){ Address address2=(Address)it2.next(); System.out.println(address2.getAddress()); }
運(yùn)行這段代碼,會(huì)得到類似下面的輸出:
Select * from user where id='1'; Select * from address where user_id='1'; Tianjin Dalian Second query…… Select * from address where id='1'; Select * from address where id='2'; Tianjin Dalian
我們看到,當(dāng)?shù)诙螆?zhí)行查詢時(shí),執(zhí)行了兩條對address表的查詢操作,為什么會(huì)這樣?這是因?yàn)楫?dāng)?shù)谝淮渭虞d實(shí)體后,根據(jù)集合類型緩存策略的配置,只對集合數(shù)據(jù)索引進(jìn)行了緩存,而并沒有對集合中的實(shí)體對象進(jìn)行緩存,所以在第二次再次加載實(shí)體時(shí),Hibernate找到了對應(yīng)實(shí)體的數(shù)據(jù)索引,但是根據(jù)數(shù)據(jù)索引,卻無法在緩存中找到對應(yīng)的實(shí)體,所以Hibernate根據(jù)找到的數(shù)據(jù)索引發(fā)起了兩條select SQL的查詢操作,這里造成了對性能的浪費(fèi),怎樣才能避免這種情況呢?我們必須對集合類型中的實(shí)體也指定緩存策略,所以我們要如下對集合類型進(jìn)行配置:
<hibernate-mapping> <class name=”com.neusoft.entity.User” table=”user”> ….. <set name=”addresses” table=”address” lazy=”true” inverse=”true”> <cache usage=”read-write”/> <key column=”user_id”/> <one-to-many class=”com.neusoft.entity.Arrderss”/> </set> </class> </hibernate-mapping>
此時(shí)Hibernate會(huì)對集合類型中的實(shí)體也進(jìn)行緩存,如果根據(jù)這個(gè)配置再次運(yùn)行上面的代碼,將會(huì)得到類似如下的輸出:
Select * from user where id='1'; Select * from address where user_id='1'; Tianjin Dalian Second query…… Tianjin Dalian
這時(shí)將不會(huì)再有根據(jù)數(shù)據(jù)索引進(jìn)行查詢的SQL語句,因?yàn)榇藭r(shí)可以直接從緩存中獲得集合類型中存放的實(shí)體對象。
C、 屬性延遲加載:
在Hibernate3中,引入了一種新的特性——屬性的延遲加載,這個(gè)機(jī)制又為獲取高性能查詢提供了有力的工具。在前面我們講大數(shù)據(jù)對象讀取時(shí),在User對象中有一個(gè)resume字段,該字段是一個(gè)java.sql.Clob類型,包含了用戶的簡歷信息,當(dāng)我們加載該對象時(shí),我們不得不每一次都要加載這個(gè)字段,而不論我們是否真的需要它,而且這種大數(shù)據(jù)對象的讀取本身會(huì)帶來很大的性能開銷。在Hibernate2中,我們只有通過我們前面講過的面性能的粒度細(xì)分,來分解User類,來解決這個(gè)問題(請參照那一節(jié)的論述),但是在Hibernate3中,我們可以通過屬性延遲加載機(jī)制,來使我們獲得只有當(dāng)我們真正需要操作這個(gè)字段時(shí),才去讀取這個(gè)字段數(shù)據(jù)的能力,為此我們必須如下配置我們的實(shí)體類:
<hibernate-mapping> <class name=”com.neusoft.entity.User” table=”user”> …… <property name=”resume” type=”java.sql.Clob” column=”resume” lazy=”true”/> </class> </hibernate-mapping>
通過對<property>元素的lazy屬性設(shè)置true來開啟屬性的延遲加載,在Hibernate3中為了實(shí)現(xiàn)屬性的延遲加載,使用了類增強(qiáng)器來對實(shí)體類的Class文件進(jìn)行強(qiáng)化處理,通過增強(qiáng)器的增強(qiáng),將CGLIB的回調(diào)機(jī)制邏輯,加入實(shí)體類,這里我們可以看出屬性的延遲加載,還是通過CGLIB來實(shí)現(xiàn)的。CGLIB是Apache的一個(gè)開源工程,這個(gè)類庫可以操縱java類的字節(jié)碼,根據(jù)字節(jié)碼來動(dòng)態(tài)構(gòu)造符合要求的類對象。根據(jù)上面的配置我們運(yùn)行下面的代碼:
String sql=”from User user where user.name='zx' ”; Query query=session.createQuery(sql);
(1)
List list=query.list(); for(int i=0;i<list.size();i++){ User user=(User)list.get(i); System.out.println(user.getName()); System.out.println(user.getResume()); }
(2)
當(dāng)執(zhí)行到(1)處時(shí),會(huì)生成類似如下的SQL語句:
Select id,age,name from user where name='zx';
這時(shí)Hibernate會(huì)檢索User實(shí)體中所有非延遲加載屬性對應(yīng)的字段數(shù)據(jù),當(dāng)執(zhí)行到(2)處時(shí),會(huì)生成類似如下的SQL語句:
Select resume from user where id='1';
這時(shí)會(huì)發(fā)起對resume字段數(shù)據(jù)真正的讀取操作。
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