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需求分析

項目中經常會遇到這種場景：一份數據需要在多處共享，有些數據還有時效性，過期自動失效。比如手機驗證碼，發送之后需要緩存起來，然后處于安全性考慮，一般還要設置有效期，到期自動失效。我們怎么實現這樣的功能呢？

解決方案

1.  使用現有的緩存技術框架，比如redis,ehcache。優點：成熟，穩定，功能強大；缺點，項目需要引入對應的框架，不夠輕量。
2.  如果不考慮分布式，只是在單線程或者多線程間作數據緩存，其實完全可以自己手寫一個緩存工具。下面就來簡單實現一個這樣的工具。

先上代碼： 

import java.util.HashMap;  
import java.util.Map;  
import java.util.concurrent.*;  
/**  
 * @Author: lixk  
 * @Date: 2018/5/9 15:03  
 * @Description: 簡單的內存緩存工具類  
 */  
public class Cache {  
 //鍵值對集合  
 private final static Map<String, Entity> map = new HashMap<>();  
 //定時器線程池，用于清除過期緩存  
 private final static ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();  
 /**  
 * 添加緩存  
 *  
 * @param key 鍵  
 * @param data 值  
 */  
 public synchronized static void put(String key, Object data) {  
 Cache.put(key, data, 0);  
 }  
 /**  
 * 添加緩存  
 *  
 * @param key 鍵  
 * @param data 值  
 * @param expire 過期時間，單位：毫秒， 0表示***長  
 */  
 public synchronized static void put(String key, Object data, long expire) {  
 //清除原鍵值對  
 Cache.remove(key);  
 //設置過期時間  
 if (expire > 0) {  
 Future future = executor.schedule(new Runnable() {  
 @Override  
 public void run() {  
 //過期后清除該鍵值對  
 synchronized (Cache.class) {  
 map.remove(key);  
 }  
 }  
 }, expire, TimeUnit.MILLISECONDS);  
 map.put(key, new Entity(data, future));  
 } else {  
 //不設置過期時間  
 map.put(key, new Entity(data, null));  
 }  
 }  
 /**  
 * 讀取緩存  
 *  
 * @param key 鍵  
 * @return  
 */  
 public synchronized static Object get(String key) {  
 Entity entity = map.get(key);  
 return entity == null ? null : entity.getValue();  
 }  
 /**  
 * 讀取緩存  
 *  
 * @param key 鍵  
 * * @param clazz 值類型  
 * @return  
 */  
 public synchronized static <T> T get(String key, Class<T> clazz) {  
 return clazz.cast(Cache.get(key));  
 }  
 /**  
 * 清除緩存  
 *  
 * @param key  
 * @return  
 */  
 public synchronized static Object remove(String key) {  
 //清除原緩存數據  
 Entity entity = map.remove(key);  
 if (entity == null) return null;  
 //清除原鍵值對定時器  
 Future future = entity.getFuture();  
 if (future != null) future.cancel(true);  
 return entity.getValue();  
 }  
 /**  
 * 查詢當前緩存的鍵值對數量  
 *  
 * @return  
 */  
 public synchronized static int size() {  
 return map.size();  
 }  
 /**  
 * 緩存實體類  
 */  
 private static class Entity {  
 //鍵值對的value  
 private Object value;  
 //定時器Future   
 private Future future;  
 public Entity(Object value, Future future) {  
 this.value = value;  
 this.future = future;  
 }  
 /**  
 * 獲取值  
 *  
 * @return  
 */  
 public Object getValue() {  
 return value;  
 }  
 /**  
 * 獲取Future對象  
 *  
 * @return  
 */  
 public Future getFuture() {  
 return future;  
 }  
 }  
} 

本工具類主要采用 HashMap+定時器線程池 實現，map 用于存儲鍵值對數據，map的value是 Cache 的內部類對象 Entity，Entity 包含 value 和該鍵值對的生命周期定時器 Future。Cache 類對外只提供了 put(key, value), put(key, value, expire), get(key), get(key, class), remove(key), size()幾個同步方法。

當添加鍵值對數據的時候，首先會調用remove()方法，清除掉原來相同 key 的數據，并取消對應的定時清除任務，然后添加新數據到 map 中，并且，如果設置了有效時間，則添加對應的定時清除任務到定時器線程池。

測試 

import java.util.concurrent.ExecutionException;  
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.Future;  
/**  
 * @Author: lixk  
 * @Date: 2018/5/9 16:40  
 * @Description: 緩存工具類測試  
 */  
public class CacheTest {  
 /**  
 * 測試  
 *  
 * @param args  
 */  
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {  
 String key = "id";  
 //不設置過期時間  
 System.out.println("***********不設置過期時間**********");  
 Cache.put(key, 123);  
 System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
 System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.remove(key));  
 System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
 //設置過期時間  
 System.out.println("  
***********設置過期時間**********");  
 Cache.put(key, "123456", 1000);  
 System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
 Thread.sleep(2000);  
 System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
 /******************并發性能測試************/  
 System.out.println("  
***********并發性能測試************");  
 //創建有10個線程的線程池，將1000000次操作分10次添加到線程池  
 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);  
 Future[] futures = new Future[10];  
 /********添加********/  
 {  
 long start = System.currentTimeMillis();  
 for (int j = 0; j < 10; j++) {  
 futures[j] = executorService.submit(() -> {  
 for (int i = 0; i < 100000; i++) {  
 Cache.put(Thread.currentThread().getId() + key + i, i, 300000);  
 }  
 });  
 }  
 //等待全部線程執行完成，打印執行時間  
 for (Future future : futures) {  
 future.get();  
 }  
 System.out.printf("添加耗時：%dms  
", System.currentTimeMillis() - start);  
 }  
 /********查詢********/  
 {  
 long start = System.currentTimeMillis();  
 for (int j = 0; j < 10; j++) {  
 futures[j] = executorService.submit(() -> {  
 for (int i = 0; i < 100000; i++) {  
 Cache.get(Thread.currentThread().getId() + key + i);  
 }  
 });  
 }  
 //等待全部線程執行完成，打印執行時間  
 for (Future future : futures) {  
 future.get();  
 }  
 System.out.printf("查詢耗時：%dms  
", System.currentTimeMillis() - start);  
 }  
 System.out.println("當前緩存容量：" + Cache.size());  
 }  
} 

測試結果： 

***********不設置過期時間**********  
key:id, value:123  
key:id, value:123  
key:id, value:null  
***********設置過期時間**********  
key:id, value:123456  
key:id, value:null  
***********并發性能測試************  
添加耗時：2313ms  
查詢耗時：335ms  
當前緩存容量：1000000 

測試程序使用有10個線程的線程池來模擬并發，總共執行一百萬次添加和查詢操作，時間大約都在兩秒多，表現還不錯，每秒40萬讀寫并發應該還是可以滿足大多數高并發場景的^_^