架构方案
- 整体架构分层
- 应用层：通过 API 调用缓存系统，获取或存储数据。
- 缓存管理层：负责处理缓存的读写操作，根据业务规则决定缓存过期策略。
- 持久化层：将缓存数据持久化到存储介质，如文件系统或数据库。
- 基于 Java Map 接口
- 使用
ConcurrentHashMap 作为内存缓存的基础数据结构，它提供了高效的并发读写性能，适合分布式缓存系统。
设计模式
- 策略模式
- 用于实现动态调整缓存的过期策略。定义一个过期策略接口
ExpirationStrategy，不同的过期策略实现该接口，如 FixedTimeExpiration（固定时间过期）、AccessBasedExpiration（基于访问时间过期）等。
- 在缓存管理类中，持有一个
ExpirationStrategy 实例，通过构造函数或 setter 方法进行注入，这样可以在运行时动态切换过期策略。
- 单例模式
- 缓存系统通常设计为单例，确保在整个应用中只有一个缓存实例，避免重复创建造成资源浪费和数据不一致。可以使用双重检查锁机制实现单例模式，保证线程安全。
核心类设计
- CacheManager 类
- 属性：
private ConcurrentHashMap<String, CacheEntry> cache;：存储缓存数据的 ConcurrentHashMap，其中 CacheEntry 是自定义的缓存条目类。private ExpirationStrategy expirationStrategy;：持有过期策略实例。
- 方法：
public CacheManager(ExpirationStrategy strategy)：构造函数，初始化过期策略。public void put(String key, Object value)：将数据存入缓存，同时根据过期策略设置过期时间。public Object get(String key)：从缓存获取数据，先检查是否过期，过期则移除并返回 null，否则返回数据。
- CacheEntry 类
- 属性：
private Object value;：缓存的值。private long expirationTime;：过期时间。
- 方法：
public CacheEntry(Object value, long expirationTime)：构造函数，初始化值和过期时间。public boolean isExpired()：判断缓存条目是否过期。
- ExpirationStrategy 接口及实现类
- ExpirationStrategy 接口：
long calculateExpirationTime();：计算过期时间的方法。
- FixedTimeExpiration 类：
- 属性：
private long fixedExpirationTime;：固定的过期时间。
- 方法：
public long calculateExpirationTime()：返回固定的过期时间。
- AccessBasedExpiration 类：
- 属性：
private long accessExpirationTime;：基于访问的过期时间。
- 方法：
public long calculateExpirationTime()：每次访问时更新过期时间并返回。
持久化实现
- 持久化接口：定义
PersistenceStrategy 接口，包含 void persist(ConcurrentHashMap<String, CacheEntry> cache) 和 ConcurrentHashMap<String, CacheEntry> restore() 方法，分别用于持久化缓存数据和恢复缓存数据。
- 文件持久化实现：实现
FilePersistenceStrategy 类，使用 Java 的对象序列化机制将 ConcurrentHashMap 写入文件进行持久化，恢复时从文件读取并反序列化。
关键方法实现逻辑
- CacheManager 的 put 方法
public void put(String key, Object value) {
long expirationTime = expirationStrategy.calculateExpirationTime();
CacheEntry entry = new CacheEntry(value, expirationTime);
cache.put(key, entry);
// 持久化操作
persistenceStrategy.persist(cache);
}
- CacheManager 的 get 方法
public Object get(String key) {
CacheEntry entry = cache.get(key);
if (entry == null) {
return null;
}
if (entry.isExpired()) {
cache.remove(key);
return null;
}
// 访问后更新过期时间（如果是基于访问的过期策略）
if (expirationStrategy instanceof AccessBasedExpiration) {
long newExpirationTime = expirationStrategy.calculateExpirationTime();
entry.setExpirationTime(newExpirationTime);
}
return entry.getValue();
}
