JCS原理及使用

1.概要

JCS是Jakarta的项目Turbine的子项目，它是复合式的缓冲工具，具有配置灵活的特点。JCS提供内存、硬盘、分布式架构、构建缓存服务器四种方式来实现对象缓存；能够很方便的实现缓存的差异化定制。有缓冲对象时间过期设定。对于一些需要频繁访问而每访问一次都非常消耗资源的对象，可以临时存放在缓冲区中，这样可以提高服务的性能。而JCS正是一个很好的缓冲工具。缓冲工具对于读操作远远多于写操作的应用性能提高非常显著。

2.JCS的特性

2.1.内存缓冲

JCS现在支持两种内存缓冲算法LRU和MRU。通常都是使用LRU算法。org.apache.stratum.jcs.engine.memory.lru.LRUMemoryCache。使用内存缓冲区需要定义缓冲区大小，当超过缓冲区限制时，会将缓冲内容抛弃掉。如果有配硬盘缓冲，则将挤出来的缓冲内容写入硬盘缓冲区。

2.2.时间过期

JCS对于缓冲的对象，可以设定缓冲过期时间，一个对象在缓冲区中停留的时间超过这个时间，就会被认为是“不新鲜”而被放弃。

2.3.索引式硬盘缓冲

一方面，为了避免缓冲区过大，撑爆虚拟机的内存，另一方面又希望能够缓冲更多的对象，JCS可以将超出缓冲区大小的对象缓存到硬盘上。配置上也比较方便，只需要指定缓冲临时文件的存放目录位置。硬盘缓冲将缓冲对象的内容写到文件上，但是将访问索引保存在内存中，因此也能够达到尽可能高的访问效率。

2.4.并行式的分布缓冲(Lateral)

通常，将对象缓冲在内存中，一方面提高了应用的性能，而另一方面却使得应用不可以分布式发布。因为假设一个应用配置在两台服务器上并行运行，而两台服务器单独缓冲，则很容易导致两个缓冲区内容出现版本上的不一致而出错。一个机器上修改了数据，这个动作会影响到本地内存缓冲区和数据库服务器，但是却不会通知到另一台服务器，导致另一台上缓冲的数据实际上已经无效了。并行式的分布缓冲就是解决这个问题。可以通过配置，将几台服务器配成一个缓冲组，组内每台服务器上有数据更新，会横向将更新的内容通过TCP/IP协议传输到其他服务器的缓冲层，这样就可以保证不会出现上述情况。这个的缺点是如果组内的并行的服务器数量增大后，组内的数据传输量将会迅速上升。这种方案适合并行服务器的数量比较少的情况。

2.5.Client/Server式的缓冲(Remote)

客户/服务端式的缓冲集群。这种方式支持一个主服务器和最高达到256个客户端。客户端的缓冲层会尝试连接主服务器，如果连接成功，就会在主服务器上注册。每个客户端有数据更新，就会通知到主服务器，主服务器会将更新通知到除消息来源的客户端以外的所有的客户端。每个客户端可以配置超过一个服务器，第一个服务器是主服务器，如果与第一个服务器连接失败，客户端会尝试与备用的服务器连接，如果连接成功，就会通过备用服务器与其他客户端对话，同时会定期继续尝试与主服务器取得连接。如果备用服务器也连接失败，就会按照配置顺序尝试与下一个备用服务器连接。这种方式下，更新通知是一种轻量级的，一个机器上的数据更新，不会把整个数据传输出去，而只是通知一个ID，当远程的其他机器收到更新通知后，就会把对应ID的缓冲对象从本地的内存缓冲区中移除，以保证不会在缓冲区内出现错误数据。这种构造需要分别配置客户端和服务器，配置比较麻烦。

3.JCS原理

首先理解下缓冲区(region)的概念：缓冲区可以理解为内存中临时存放缓冲对象的一个区域，使用缓冲区可以改善某些应用的性能。每个应用根据自身需要，可以定义多个缓冲区，各个缓冲区具有不同的属性，比如缓冲区大小、缓冲过期时间、缓冲区构架等等。不同类型的对象放在不同的缓冲区中以满足不同的需要。缓冲区在JCS中以一个String对象来标示，以方便配置和编程。虽然可以使用中文来作为缓冲区的名称，不过还是推荐使用英文字符，而且不要有空格或者特殊字符。

QQ截图20150109113543

JCS整体框架主要分为三个大的部分。访问接口(access)、缓冲引擎(engine)以及辅助缓冲(auxiliary)。

访问接口

Java.lang.Object

+--org.apache.jcs.access.CacheAccess

+--org.apache.jcs.access.GroupCacheAccess

+--org.apache.jcs.JCS

JCS是CacheAccess和GroupCacheAccess的子类，实现接口有

org.apache.jcs.access.behavior.IcacheAccess

org.apache.jcs.access.behavior.IGroupCacheAccess

这些接口定义了JCS的行为，主要是以关键字为检索条件的缓冲，还有以关键字为条件的分组缓冲。

缓冲引擎

JCS缓冲体系的缓冲引擎的结构很完善，并且具有良好的可扩展性。主体结构是一个组合式缓冲器(CompositeCache)，其中有一个内存缓冲器(MemoryCache)和若干个辅助缓冲器(AuxiliaryCache)。构建缓冲器时，首先向组合式缓冲管理器(CompositeCacheManager)申请，组合式缓冲管理器会构建一个缓冲配置器 (CompositeCacheConfigurator)来从配置文件读取缓冲的配置，然后根据配置来构建组合式缓冲器 (CompositeCache)。配置好的组合式缓冲器会单独工作，管理读写自己缓冲区。

辅助缓冲

目前提供的辅助缓冲器有以下三种，硬盘缓冲，并行式的分布缓冲，星状的客户/服务式的缓冲。

4.使用JCS

4.1.依赖jar包

jcs-1.3.jar

commons-lang-2.3.jar

commons-collections-2.1.1.jar

concurrent-1.3.4.jar

4.2.Jcs配置文件

同一个应用，只需要修改配置，就可以改变缓冲构架，不需要修改应用的源代码。配置方法也比较简单，就是修改配置文件cache.ccf。Jcs源代码采用Class.getResourceAsStream(/cache.ccf)的方式来加载配置文件，所以项目的cache.ccf要放在字节码文件所在的根目录下面，在web项目中，则要放在classes文件夹下。

一个简单的配置：

   1: #WEB-INF/classes/cache.ccf(以下内容不要换行)

   2: jcs.default=jcs.default.cacheattributes=org.apache.jcs.engine.CompositeCacheAttributes

   3: jcs.default.cacheattributes.MaxObjects=1000

   4: jcs.default.cacheattributes.MemoryCacheName=org.apache.jcs.engine.memory.lru.LRUMemoryCache

上面配置了默认缓冲属性。一个应用中，由于对象类型的不同，可能会使用多个缓冲区，每个缓冲区都会有一个名字，如果在配置文件中没有指明特定的缓冲区的属性，所有的缓冲区都会根据默认属性来构建。上面的内容，指明缓冲区的大小为存放1000个对象，内存缓冲器使用 LRUMemoryCache对象。可选的还有MRUMemoryCache，应该可以自定义新的内存缓冲区。1000个缓冲对象这个容量，是指每个缓冲区都缓冲1000个，而不是指所有缓冲区总容量。以上配置，就可以让应用运行起来。

4.3.代码

Client.java

   1: package com.zero.jcs;

   2: import java.io.Serializable;

   3: public class Client implements Serializable{

   4:     private String name;

   5:     private int age;

   6:     public Client() {

   7:     }

   8:     public Client(String name, int age) {

   9:         this.age = age;

  10:         this.name = name;

  11:     }

  12:     public String getName() {

  13:         return name;

  14:     }

15:

  16:     public void setName(String name) {

  17:         this.name = name;

  18:     }

  19:     public int getAge() {

  20:         return age;

  21:     }

  22:     public void setAge(int age) {

  23:         this.age = age;

  24:     }

  25: }

JCSCache.java

   1: package com.zero.jcs;

   2: import org.apache.jcs.JCS;

   3: import org.apache.jcs.access.exception.CacheException;

   4: public class JCSCache {

   5:     private static final String cacheRegionName = "client";

   6:     private static JCSCache instance;

   7:     private static JCS cache;

   8:     private JCSCache() {

   9:         try {

  10:             cache = JCS.getInstance(cacheRegionName);

  11:         } catch (CacheException e) {

  12:             e.printStackTrace();

  13:         }

  14:     }

  15:     public static JCSCache getInstance() {

  16:         synchronized (JCSCache.class) {

  17:             if (instance == null) {

  18:                 instance = new JCSCache();

  19:             }

  20:         }

  21:         return instance;

  22:     }

  23:     public void putObject(Object key, Object obj) {

  24:         try {

  25:             cache.put(key, obj);

  26:         } catch (Exception e) {

  27:             e.printStackTrace();

  28:         }

  29:     }

30:

  31:     public Object getObject(Object key) {

  32:         Object obj = null;

  33:         obj = (Object) cache.get(key);

  34:         return obj;

  35:     }

  36:     public void clearObject(Object key) {

  37:         try {

  38:             cache.remove(key);

  39:         } catch (Exception e) {

  40:             e.printStackTrace();

  41:         }

  42:     }

  43:     public void clear() {

  44:         try {

  45:             cache.clear();

  46:         } catch (Exception e) {

  47:             e.printStackTrace();

  48:         }

  49:     }

  50: }

Test.java

   1: package com.zero.jcs;

   2: import com.zero.jcs.JCSCache;

   3: public class Test {

   4:     public static void main(String[] args) {

   5:         JCSCache jcsCache = JCSCache.getInstance();

   6:         jcsCache.putObject("a", "111");

   7:         jcsCache.putObject("b", new Client("zero", 23));

   8:         System.out.println("a  " + jcsCache.getObject("a"));

   9:         System.out.println("b  " + jcsCache.getObject("b"));

  10:     }

  11: }