MyBatis数据库缓存的运作机制与实现原理

MyBatis作为一个优秀的持久层框架，其内置的缓存机制是提升数据库访问性能的关键特性之一。MyBatis缓存主要分为两级：一级缓存和二级缓存。一级缓存默认开启，其作用范围是同一个SqlSession；二级缓存需要手动配置开启，其作用范围是同一个命名空间（Namespace），可以被多个SqlSession共享。合理使用这两级缓存，可以有效减少对数据库的直接访问，从而显著提升应用性能。

一级缓存：SqlSession级别的缓存

一级缓存是MyBatis默认开启的缓存，其生命周期与SqlSession绑定。在同一个SqlSession中，执行两次相同的SQL查询（相同的SQL语句和参数），MyBatis在第一次查询后会将结果缓存起来，第二次查询时则会直接从缓存中获取数据，而不会再次访问数据库。

一级缓存的实现原理主要依赖于一个名为PerpetualCache的简单缓存类，其内部使用了一个HashMap来存储缓存数据。缓存的关键是生成的Cache Key，它由以下要素构成：

• Mapper的Id（即命名空间与方法名）
• 查询的偏移量（RowBounds）
• 生成的SQL语句
• 传递给JDBC的参数值

当执行INSERT、UPDATE、DELETE操作，或调用了sqlSession.clearCache方法，或执行了commit/rollback操作时，一级缓存会被清空，以确保数据的一致性。

二级缓存：Mapper级别的缓存

二级缓存的作用范围更广，是Mapper（Namespace）级别的缓存。这意味着，多个SqlSession可以共享同一个Mapper的二级缓存。要开启二级缓存，需要在MyBatis的全局配置中设置cacheEnabled为true（默认为true），并在特定的Mapper XML文件中添加标签。

二级缓存的运作机制比一级缓存复杂。当SqlSession关闭或提交时，该SqlSession的一级缓存内容才会被转存到其对应的二级缓存中。当下一个SqlSession执行相同的查询时，就可以直接从二级缓存中获取数据。

注意：二级缓存中存储的是数据对象，而非结果映射后的Java对象。从二级缓存中获取数据后，MyBatis需要重新进行对象映射，创建新的对象实例。

二级缓存支持通过标签配置各种策略，例如：

• eviction：缓存回收策略，如LRU（最近最少使用）、FIFO（先进先出）等。
• flushInterval：缓存刷新间隔，单位毫秒。
• size：引用数目，代表缓存最多可以存储多少个对象。
• readOnly：是否只读。只读缓存会返回缓存对象的相同实例，性能更好但不安全；可读写的缓存会返回缓存对象的副本，更安全但性能稍差。

缓存的关键实现原理

MyBatis的缓存体系通过Cache接口及其装饰器模式来实现高度的灵活性和可扩展性。

Cache接口与装饰器模式

所有的MyBatis缓存都实现了org.apache.ibatis.cache.Cache接口。基础实现是PerpetualCache，它使用HashMap存储数据。为了给缓存添加额外的功能，MyBatis使用了一系列的装饰器：

这种设计使得用户可以根据需要组合不同的缓存特性。

缓存键（CacheKey）的生成

CacheKey是决定两次查询是否“相同”的核心。MyBatis的BaseExecutor通过createCacheKey方法生成CacheKey，它综合了Mapper Id、分页参数、SQL语句本身和查询参数，确保了在复杂查询场景下缓存键的唯一性。

缓存的使用策略与注意事项

虽然缓存能极大提升性能，但使用不当也会带来数据一致性问题。以下是一些关键的使用策略和注意事项：

• 事务管理与数据一致性：在涉及多表关联更新或复杂业务逻辑的场景下，需要谨慎使用二级缓存，因为一个表的更新可能不会及时使关联查询的缓存失效，导致读到脏数据。
• 适合缓存的场景：
  • 查询远多于修改的数据。
  • 数据时效性要求不高的场景。
• 不适合缓存的场景：
  • 对数据实时性要求极高的金融、交易类业务。
  • 涉及多表复杂关联且频繁更新的查询。
• 缓存失效控制：可以通过在Mapper配置中使用来让多个Mapper共享同一个缓存空间，从而实现关联表更新时的缓存联动清除。

整合第三方缓存

MyBatis的缓存实现是可插拔的，除了内置基于内存的缓存，还可以轻松集成诸如Ehcache、Redis、Memcached等第三方分布式缓存，以支持集群环境下的缓存共享。集成方式通常是为MyBatis提供一个实现了Cache接口的自定义缓存类，该类内部调用第三方缓存客户端进行操作。

例如，整合Redis可以让你在应用重启后缓存数据不丢失，并且在分布式部署时，所有应用实例可以共享同一份缓存数据，解决了内置二级缓存无法在集群环境下同步的问题。