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Hibernate一级缓存详解

Hibernate 是一款全自动 ORM 框架,它会在应用程序访问数据时,自动生成 SQL 语句并执行,因此开发人员不需要自己编写 SQL 语句,但这也造成它无法像 MyBatis 一样,能够直接从 SQL 层面严格控制其执行性能以及对数据库的访问频率,所以很容易出现性能不佳的情况。

为此,Hibernate 提供了多种性能优化手段(例如 HQL、懒加载策略、抓取策略以及缓存机制),其中缓存机制是 Hibernate 重要的优化手段之一,它可以有效地减少应用程序对数据库的访问的次数,提高应用程序的运行性能。

缓存

缓存是位于应用程序和永久性数据存储源(例如硬盘上的文件或者数据库)之间,用于临时存放备份数据的内存区域,通过它可以降低应用程序读写永久性数据存储源的次数,提高应用程序的运行性能。

缓存在系统中位置
图1:缓存在系统中位置
 
注:永久性数据存储源一般包括两种,数据库和硬盘上的文件,它们都可以永久的保存数据,但本教程中的永久性数据库存储源则是特指数据库,因此在后面的教程中,我们将使用数据库来代替永久性数据存储源的书法,特此说明。
缓存具有以下特点:
  • 缓存中的数据通常是数据库中数据的备份,两者中存放的数据完全一致,因此应用程序运行时,可以直接读写缓存中的数据,而不再对数据库进行访问,可以有效地降低应用程序对数据库的访问频率。
  • 缓存的物理介质通常是内存,永久性数据存储源的物理介质为硬盘或磁盘,而应用程序读取内存的速度要明显高于硬盘,因此使用缓存能够有效的提高数据读写的速度,提高应用程序的性能。
  • 由于应用程序可以修改(即“写”)缓存中的数据,为了保证缓存和数据库中的数据保持一致,应用程序通常会在在某些特定时刻,将缓存中的数据同步更新到数据库中。

Hibernate 也提供了缓存机制,当查询数据时,首先 Hibernate 会到缓存中查找,如果找到就直接使用,找不到时才从永久性数据存储源(通常指的是数据库)中检索,因此,把频繁使用的数据加载到缓存中,可以减少应用程序对数据库的访问频次,使应用程序的运行性能得以提升。

Hibernate 提供了两种缓存机制:一级缓存和二级缓存。下面,我们就对一级缓存进行介绍。

Hibernate 一级缓存

Hibernate 一级缓存是 Session 级别的缓存,它是由 Hibernate 管理的,不可卸载。

Hibernate 一级缓存是由 Session 接口实现中的一系列 Java 集合构成的,其生命周期与 Session 保持一致。

Hibernate 一级缓存中存放的数据是数据库中数据的备份,在数据库中数据以数据库记录的形式保存,而在 Hibernate 一级缓存中数据是以对象的形式存放的。

当使用 Hibernate 查询对象时,会首先从一级缓存中查找,若在一级缓存中找到了匹配的对象,则直接取出并使用;若没有在一级缓存中找到匹配的对象,则去数据库中查询对应的数据,并将查询到的数据添加到一级缓存中。由此可见,Hibernate 的一级缓存机制能够在 Session 范围内,有效的减少对数据库的访问次数,优化 Hibernate 的性能。

一旦对象被存入一级缓存中,除非用户手动清除,不然只要 Session 实例的生命周期没有结束,存放在其中的对象就会一直存在。当 Session 关闭时,Session 的生命周期结束,该 Session 所管理的一级缓存也会立即被清除;

一级缓存的特点

Hibernate 一级缓存具有以下特点:
  • 一级缓存是 Hibernate 自带的,默认是开启状态,无法卸载。
  • Hibernate 一级缓存中只能保存持久态对象。
  • Hibernate 一级缓存的生命周期与 Session 保持一致,且一级缓存是 Session 独享的,每个 Session 不能访问其他的 Session 的缓存区,Session 一旦关闭或销毁,一级缓存中的所有对象将全部丢失。
  • 当通过 Session 接口提供的 save()、update()、saveOrUpdate() 和 lock() 等方法,对对象进行持久化操作时,该对象会被添加到一级缓存中。
  • 当通过 Session 接口提供的 get()、load() 方法,以及 Query 接口提供的 getResultList、list() 和 iterator() 方法,查询某个对象时,会首先判断缓存中是否存在该对象,如果存在,则直接取出来使用,而不再查询数据库;反之,则去数据库查询数据,并将查询结果添加到缓存中。
  • 当调用 Session 的 close() 方法时,Session 缓存会被清空。
  • 一级缓存中的持久化对象具有自动更新数据库能力。
  • 一级缓存是由 Hibernate 维护的,用户不能随意操作缓存内容,但用户可以通过 Hibernate 提供的方法,来管理一级缓存中的内容,如下表。

返回值类型 方法 描述
void clear() 该方法用于清空一级缓存中的所有对象。
void evict(Object var1) 该方法用于清除一级缓存中某一个对象。
void flush() throws HibernateException 该方法用于刷出缓存,使数据库与一级缓存中的数据保持一致。

示例 1

下面,我们通过一个实例,来验证 Hibernate 一级缓存是否真的存在。

1. 在 hibernate-demo 的单元测试类 MyTest 中,添加一个名为 testCacheExist 的方法,代码如下。
@Test
public void testCacheExist() {
    Session session = HibernateUtils.openSession();
    Transaction transaction = session.getTransaction();
    transaction.begin();
    //第一次查询
    User user = session.get(User.class, 1);
    System.out.println("第一次查询:" + user);
    //第二次查询
    User user2 = session.get(User.class, 1);
    System.out.println("第二次查询:" + user2);
    transaction.commit();
    session.close();
}

2. 执行该测试方法,控制台输出如下。
Hibernate:
    select
        user0_.id as id1_0_0_,
        user0_.user_id as user_id2_0_0_,
        user0_.user_name as user_nam3_0_0_,
        user0_.password as password4_0_0_,
        user0_.email as email5_0_0_
    from
        user user0_
    where
        user0_.id=?

第一次查询:net.biancheng.www.po.User{id=1, userId='001', userName='admin', password='admin', email='12345678@qq.com'}
第二次查询:net.biancheng.www.po.User{id=1, userId='001', userName='admin', password='admin', email='12345678@qq.com'}

从控制台输出可以看出,只有第一次查询时,去数据库查询并执行了 SQL,第二次查询时,虽然没有执行任何 SQL,但也依然得到了查询结果。

这是因为第一次到数据库查询数据时,就将查询结果添加到了一级缓存中,当第二次查询时,就会直接从一级缓存中获取结果,而并没有到数据库中查询,因此没有任何 SQL 输出。

快照区

Hibernate 的缓存机制,可以有效的减少应用程序对数据库的访问次数,但该机制有一个非常重要的前提,那就是必须确保一级缓存中的数据域与数据库的数据保持一致,为此 Hibernate 中还提供了快照技术。

Hibernate 的 Session 中,除了一级缓存外,还存在一个与一级缓存相对应的快照区。当 Hibernate 向一级缓存中存入数据(持久态对象)时,还会复制一份数据存入快照区中,使一级缓存和快照区的数据完全相同。

当事务提交时,Hibernate 会检测一级缓存中的数据和快照区的数据是否相同。若不同,则 Hibernate 会自动执行 update() 方法,将一级缓存的数据同步更新到数据库中,并更新快照区,这一过程被称为刷出缓存(flush);反之,则不会刷出缓存。

默认情况下,Session 会在以下时间点刷出缓存:
  • 当应用程序调用 Transaction 的 commit() 方法时, 该方法先刷出缓存(session.flush()),然后再向数据库提交事务(tx.commit());
  • 当应用程序执行一些查询操作时,如果缓存中持久化对象的属性已经发生了变化,会先刷出缓存,以保证查询结果能够反映持久化对象的最新状态;
  • 手动调用 Session 的 flush() 方法。

示例 2

下面,我们通过一个实例验证缓存刷出。

在单元测试类 MyTest 中,添加一个名为 testCacheFlush 的测试方法,代码如下。
@Test
public void testCacheFlush() {
    Session session = HibernateUtils.openSession();
    Transaction transaction = session.getTransaction();
    transaction.begin();
    //查询,并将结果对象添加到一级缓存和快照区中
    User user = session.get(User.class, 1);
    System.out.println("查询结果为:" + user);
    //修改结果对象
    user.setUserName("缓存刷出 name");
    //提交事务
    transaction.commit();
    //释放资源
    session.close();
}

执行该测试方法,控制台输出如下。
Hibernate:
    select
        user0_.id as id1_0_0_,
        user0_.user_id as user_id2_0_0_,
        user0_.user_name as user_nam3_0_0_,
        user0_.password as password4_0_0_,
        user0_.email as email5_0_0_
    from
        user user0_
    where
        user0_.id=?

查询结果为:net.biancheng.www.po.User{id=1, userId='001', userName='admin', password='admin', email='12345678@qq.com'}

Hibernate:
    update
        user
    set
        user_id=?,
        user_name=?,
        password=?,
        email=?
    where
        id=?

查看数据库中的 user 表,结果如下图。


图2:刷出缓存结果

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