Guava 源码分析（Cache 原理【二阶段】）
前言
在上文「Guava 源码分析（Cache 原理）」中分析了 Guava Cache 的相关原理。
文末提到了回收机制、移除时间通知等内容，许多朋友也挺感兴趣，这次就这两个内容再来分析分析。
在开始之前先补习下 Java 自带的两个特性，Guava 中都有具体的应用。
Java 中的引用
首先是 Java 中的引用。
在之前分享过 JVM 是根据可达性分析算法找出需要回收的对象，判断对象的存活状态都和引用有关。
在 JDK1.2 之前这点设计的非常简单：一个对象的状态只有引用和没被引用两种区别。
这样的划分对垃圾回收不是很友好，因为总有一些对象的状态处于这两之间。
因此 1.2 之后新增了四种状态用于更细粒度的划分引用关系：
- 强引用（Strong Reference）:这种对象最为常见，比如 `A a = new A();`这就是典型的强引用；这样的强引用关系是不能被垃圾回收的。
- 软引用（Soft Reference）:这样的引用表明一些有用但不是必要的对象，在将发生垃圾回收之前是需要将这样的对象再次回收。
- 弱引用（Weak Reference）:这是一种比软引用还弱的引用关系，也是存放非必须的对象。当垃圾回收时，无论当前内存是否足够，这样的对象都会被回收。
- 虚引用（Phantom Reference）:这是一种最弱的引用关系，甚至没法通过引用来获取对象，它唯一的作用就是在被回收时可以获得通知。
事件回调
事件回调其实是一种常见的设计模式，比如之前讲过的 Netty 就使用了这样的设计。
这里采用一个 demo，试下如下功能：
- Caller 向 Notifier 提问。
- 提问方式是异步，接着做其他事情。
- Notifier 收到问题执行计算然后回调 Caller 告知结果。
在 Java 中利用接口来实现回调，所以需要定义一个接口：
public interface CallBackListener {
/**
* 回调通知函数
* @param msg
*/
void callBackNotify(String msg) ;
}
Caller 中调用 Notifier 执行提问，调用时将接口传递过去：
public class Caller {
private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(Caller.class);
private CallBackListener callBackListener ;
private Notifier notifier ;
private String question ;
/**
* 使用
*/
public void call(){
LOGGER.info("开始提问");
//新建线程，达到异步效果
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
notifier.execute(Caller.this,question);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
LOGGER.info("提问完毕，我去干其他事了");
}
//隐藏 getter/setter
}
Notifier 收到提问，执行计算（耗时操作），最后做出响应（回调接口，告诉 Caller 结果）。
public class Notifier {
private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(Notifier.class);
public void execute(Caller caller, String msg) throws InterruptedException {
LOGGER.info("收到消息=【{}】", msg);
LOGGER.info("等待响应中。。。。。");
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
caller.getCallBackListener().callBackNotify("我在北京！");
}
}
模拟执行：
public static void main(String[] args) {
Notifier notifier = new Notifier() ;
Caller caller = new Caller() ;
caller.setNotifier(notifier) ;
caller.setQuestion("你在哪儿！");
caller.setCallBackListener(new CallBackListener() {
@Override
public void callBackNotify(String msg) {
LOGGER.info("回复=【{}】" ,msg);
}
});
caller.call();
}
最后执行结果：
2018-07-15 19:52:11.105 [main] INFO c.crossoverjie.guava.callback.Caller - 开始提问
2018-07-15 19:52:11.118 [main] INFO c.crossoverjie.guava.callback.Caller - 提问完毕，我去干其他事了
2018-07-15 19:52:11.117 [Thread-0] INFO c.c.guava.callback.Notifier - 收到消息=【你在哪儿！】
2018-07-15 19:52:11.121 [Thread-0] INFO c.c.guava.callback.Notifier - 等待响应中。。。。。
2018-07-15 19:52:13.124 [Thread-0] INFO com.crossoverjie.guava.callback.Main - 回复=【我在北京！】
这样一个模拟的异步事件回调就完成了。
Guava 的用法
Guava 就是利用了上文的两个特性来实现了引用回收及移除通知。
引用
可以在初始化缓存时利用：
- CacheBuilder.weakKeys()
- CacheBuilder.weakValues()
- CacheBuilder.softValues()
来自定义键和值的引用关系。
在上文的分析中可以看出 Cache 中的 ReferenceEntry 是类似于 HashMap 的 Entry 存放数据的。
来看看 ReferenceEntry 的定义：
interface ReferenceEntry<K, V> {
/**
* Returns the value reference from this entry.
*/
ValueReference<K, V> getValueReference();
/**
* Sets the value reference for this entry.
*/
void setValueReference(ValueReference<K, V> valueReference);
/**
* Returns the next entry in the chain.
*/
@Nullable
ReferenceEntry<K, V> getNext();
/**
* Returns the entry's hash.
*/
int getHash();
/**
* Returns the key for this entry.
*/
@Nullable
K getKey();
/*
* Used by entries that use access order. Access entries are maintained in a doubly-linked list.
* New entries are added at the tail of the list at write time; stale entries are expired from
* the head of the list.
*/
/**
* Returns the time that this entry was last accessed, in ns.
*/
long getAccessTime();
/**
* Sets the entry access time in ns.
*/
void setAccessTime(long time);
}
包含了很多常用的操作，如值引用、键引用、访问时间等。
根据 ValueReference<K, V> getValueReference(); 的实现：
具有强引用和弱引用的不同实现。
key 也是相同的道理：
当使用这样的构造方式时，弱引用的 key 和 value 都会被垃圾回收。
当然我们也可以显式的回收：
/**
* Discards any cached value for key {@code key}.
* 单个回收
*/
void invalidate(Object key);
/**
* Discards any cached values for keys {@code keys}.
*
* @since 11.0
*/
void invalidateAll(Iterable<?> keys);
/**
* Discards all entries in the cache.
*/
void invalidateAll();
回调
改造了之前的例子：
loadingCache = CacheBuilder.newBuilder()
.expireAfterWrite(2, TimeUnit.SECONDS)
.removalListener(new RemovalListener<Object, Object>() {
@Override
public void onRemoval(RemovalNotification<Object, Object> notification) {
LOGGER.info("删除原因={}，删除 key={},删除 value={}",notification.getCause(),notification.getKey(),notification.getValue());
}
})
.build(new CacheLoader<Integer, AtomicLong>() {
@Override
public AtomicLong load(Integer key) throws Exception {
return new AtomicLong(0);
}
});
执行结果：
2018-07-15 20:41:07.433 [main] INFO c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - 当前缓存值=0,缓存大小=1
2018-07-15 20:41:07.442 [main] INFO c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - 缓存的所有内容={1000=0}
2018-07-15 20:41:07.443 [main] INFO c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - job running times=10
2018-07-15 20:41:10.461 [main] INFO c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - 删除原因=EXPIRED，删除 key=1000,删除 value=1
2018-07-15 20:41:10.462 [main] INFO c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - 当前缓存值=0,缓存大小=1
2018-07-15 20:41:10.462 [main] INFO c.crossoverjie.guava.CacheLoaderTest - 缓存的所有内容={1000=0}
可以看出当缓存被删除的时候会回调我们自定义的函数，并告知删除原因。
那么 Guava 是如何实现的呢？
根据 LocalCache 中的 getLiveValue() 中判断缓存过期时，跟着这里的调用关系就会一直跟到：
removeValueFromChain() 中的：
enqueueNotification() 方法会将回收的缓存（包含了 key，value）以及回收原因包装成之前定义的事件接口加入到一个本地队列中。
这样一看也没有回调我们初始化时候的事件啊。
不过用过队列的同学应该能猜出，既然这里写入队列，那就肯定就有消费。
我们回到获取缓存的地方：
在 finally 中执行了 postReadCleanup() 方法；其实在这里面就是对刚才的队列进行了消费：
一直跟进来就会发现这里消费了队列，将之前包装好的移除消息调用了我们自定义的事件，这样就完成了一次事件回调。
总结
以上所有源码：
通过分析 Guava 的源码可以让我们学习到顶级的设计及实现方式，甚至自己也能尝试编写。
Guava 里还有很多强大的增强实现，值得我们再好好研究。
号外
最近在总结一些 Java 相关的知识点，感兴趣的朋友可以一起维护。
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