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MyBatis 源码解析：CachingExecutor 设计与实现

news 来源：原创 2024/9/20 0:20:27

摘要

CachingExecutor 是 MyBatis 中用于管理二级缓存的核心组件，它通过包装其他 Executor 实现类，实现缓存机制的功能，从而提升查询性能并减少对数据库的直接访问。本文将通过自定义实现 CachingExecutor 来模拟 MyBatis 的缓存机制，并深入探讨其设计原理和实现细节。

前言

在大型系统中，频繁的数据库访问往往会导致性能瓶颈。MyBatis 通过提供二级缓存机制，减少了重复查询，提升了性能。而 CachingExecutor 是实现这一机制的关键。它通过包装 Executor 实现类，首先检查缓存，如果命中缓存则直接返回结果，如果未命中则继续通过底层 Executor 执行查询操作，并将结果存入缓存。本文将通过自定义实现一个简化版的 CachingExecutor，帮助你深入理解 MyBatis 的缓存机制。

自定义实现：简化版 CachingExecutor

目标与功能

我们将实现一个简化版的 CachingExecutor，该类通过包装 Executor，支持执行 SQL 语句、缓存查询结果以及缓存管理。通过该实现，我们可以更好地理解 MyBatis 的二级缓存工作机制。

核心流程

  1. 查询缓存：每次执行查询前，首先检查缓存，如果命中缓存则直接返回结果。
  2. 执行查询：如果缓存未命中，则通过底层 Executor 执行 SQL 语句，并将结果存入缓存。
  3. 缓存管理：支持缓存的清空、提交和回滚机制，确保数据一致性。

实现过程

1. 定义 Executor 接口

Executor 接口是 MyBatis 的核心接口，负责执行 SQL 操作和缓存管理。我们首先定义该接口，并为其添加核心方法。

/*** Executor 接口，定义了 MyBatis 中执行 SQL 和管理缓存的核心操作。*/
public interface Executor {<T> T query(String statement, Object parameter);int update(String statement, Object parameter);void commit();void rollback();void clearCache();void close();
}
  • query：执行查询操作。
  • update：执行更新、删除等操作。
  • commit 和 rollback：处理事务管理。
  • clearCache：清除缓存，确保缓存数据一致性。
2. 实现 SimpleExecutor 类

SimpleExecutor 类负责执行 SQL 语句，不涉及缓存管理，是 CachingExecutor 的底层执行器。

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;/*** SimpleExecutor 是 Executor 接口的一个简化实现。* 它负责直接执行 SQL 操作，不涉及缓存机制。*/
public class SimpleExecutor implements Executor {private final Connection connection;public SimpleExecutor(Connection connection) {this.connection = connection;}@Overridepublic <T> T query(String statement, Object parameter) {try (PreparedStatement pstmt = connection.prepareStatement(statement)) {pstmt.setObject(1, parameter);try (ResultSet rs = pstmt.executeQuery()) {if (rs.next()) {// 返回查询结果，简化处理，仅获取第一列数据return (T) rs.getObject(1);}}} catch (SQLException e) {throw new RuntimeException("Error executing query", e);}return null;}@Overridepublic int update(String statement, Object parameter) {try (PreparedStatement pstmt = connection.prepareStatement(statement)) {pstmt.setObject(1, parameter);return pstmt.executeUpdate();} catch (SQLException e) {throw new RuntimeException("Error executing update", e);}}@Overridepublic void commit() {try {connection.commit();} catch (SQLException e) {throw new RuntimeException("Failed to commit transaction", e);}}@Overridepublic void rollback() {try {connection.rollback();} catch (SQLException e) {throw new RuntimeException("Failed to rollback transaction", e);}}@Overridepublic void clearCache() {// SimpleExecutor 不涉及缓存管理，留空}@Overridepublic void close() {try {connection.close();} catch (SQLException e) {throw new RuntimeException("Failed to close connection", e);}}
}
  • query 方法：直接执行 SQL 查询操作，返回结果。
  • update 方法：执行更新操作。
  • commit 和 rollback 方法：事务管理。
  • clearCache 方法：此类不涉及缓存，因此该方法为空实现。
3. 实现 CachingExecutor 类

CachingExecutor 是 MyBatis 的核心缓存执行器，负责管理查询结果的缓存，并包装底层 Executor。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;/*** CachingExecutor 是 Executor 的一个实现类，它通过包装底层 Executor 实现缓存机制。* 查询操作会首先检查缓存，未命中则通过底层 Executor 执行查询。*/
public class CachingExecutor implements Executor {private final Executor delegate;  // 底层 Executorprivate final Map<String, Object> cache = new HashMap<>();  // 二级缓存public CachingExecutor(Executor delegate) {this.delegate = delegate;}@Overridepublic <T> T query(String statement, Object parameter) {String cacheKey = statement + ":" + parameter;if (cache.containsKey(cacheKey)) {// 缓存命中，直接返回结果System.out.println("Cache hit for key: " + cacheKey);return (T) cache.get(cacheKey);}// 缓存未命中，调用底层 Executor 执行查询T result = delegate.query(statement, parameter);if (result != null) {cache.put(cacheKey, result);  // 将结果存入缓存}return result;}@Overridepublic int update(String statement, Object parameter) {// 调用底层 Executor 执行更新int rows = delegate.update(statement, parameter);// 更新操作后清空缓存，避免缓存中的脏数据clearCache();return rows;}@Overridepublic void commit() {delegate.commit();}@Overridepublic void rollback() {delegate.rollback();}@Overridepublic void clearCache() {cache.clear();  // 清空缓存}@Overridepublic void close() {delegate.close();}
}
  • query 方法：先检查缓存，命中则返回缓存数据；未命中则通过底层 Executor 执行查询，并将结果缓存。
  • update 方法：执行更新操作，并在更新后清空缓存，以防缓存脏数据。
  • clearCache 方法：清空缓存，确保数据一致性。
  • delegate：包装底层 Executor（如 SimpleExecutor）。
4. 测试 CachingExecutor

我们编写一个简单的测试类，验证 CachingExecutor 的功能。

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;public class CachingExecutorTest {public static void main(String[] args) {try {// 模拟数据库连接Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:h2:mem:testdb", "sa", "");// 初始化底层 Executor 和 CachingExecutorSimpleExecutor simpleExecutor = new SimpleExecutor(connection);CachingExecutor cachingExecutor = new CachingExecutor(simpleExecutor);// 执行 SQL 操作cachingExecutor.update("INSERT INTO users (name, age) VALUES ('John', 30)", null);Object result = cachingExecutor.query("SELECT age FROM users WHERE name = 'John'", null);System.out.println("Query result: " + result);// 再次查询，验证缓存result = cachingExecutor.query("SELECT age FROM users WHERE name = 'John'", null);System.out.println("Query result from cache: " + result);// 提交事务cachingExecutor.commit();// 关闭资源cachingExecutor.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

自定义实现类图
«interface»
Executor
+query(String statement, Object parameter)
+int update(String statement, Object parameter)
+commit()
+rollback()
+clearCache()
+close()
CachingExecutor
- Executor delegate
- Map cache
+query(String statement, Object parameter)
+int update(String statement, Object parameter)
+commit()
+rollback()
+clearCache()
+close()
SimpleExecutor
Connection

代码解析流程图
是
否
开始
初始化 CachingExecutor
执行 SQL 查询操作
缓存命中?
返回缓存结果
调用底层 Executor 查询
将查询结果存入缓存
返回结果
执行 SQL 更新操作
清空缓存
提交事务或回滚
关闭 Executor 并释放资源
结束

源码解析：MyBatis 中的 CachingExecutor

1. CachingExecutor 的设计与实现

在 MyBatis 中，CachingExecutor 通过包装其他 Executor 实现类，为查询操作提供了缓存机制。每次查询时，CachingExecutor 首先会检查缓存，命中则返回缓存结果；如果未命中，则调用底层 Executor 执行查询，并将结果缓存起来。CachingExecutor 还提供了缓存的清空功能，以保证在执行更新操作或事务提交时，缓存中的数据不会过期或不一致。

public class CachingExecutor implements Executor {private final Executor delegate;  // 底层 Executorprivate final TransactionalCacheManager tcm = new TransactionalCacheManager();  // 缓存管理器@Overridepublic <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameterObject, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler) throws SQLException {CacheKey cacheKey = createCacheKey(ms, parameterObject, rowBounds);// 检查缓存List<E> list = tcm.getObject(cacheKey);if (list == null) {// 缓存未命中，执行查询list = delegate.query(ms, parameterObject, rowBounds, resultHandler);tcm.putObject(cacheKey, list);  // 将结果存入缓存}return list;}@Overridepublic int update(MappedStatement ms, Object parameter) throws SQLException {tcm.clear(ms.getCache());  // 清空缓存return delegate.update(ms, parameter);}// 其他方法...
}
  • query 方法：检查缓存，命中则返回缓存数据；未命中则执行查询并将结果存入缓存。
  • update 方法：在执行更新操作时，首先清空缓存，避免缓存中存有脏数据。

2. 二级缓存的管理

MyBatis 的二级缓存是 CachingExecutor 中的核心功能之一。它允许跨多个 SqlSession 共享缓存数据，从而减少数据库的访问次数。MyBatis 的二级缓存可以通过配置开启，并允许开发者自定义缓存实现。

CachingExecutor 通过 TransactionalCacheManager 管理缓存操作，并确保在事务提交或回滚时处理缓存的一致性。

public class TransactionalCacheManager {private final Map<Cache, TransactionalCache> transactionalCaches = new HashMap<>();public void clear(Cache cache) {getTransactionalCache(cache).clear();}public Object getObject(CacheKey cacheKey) {TransactionalCache txCache = transactionalCaches.get(cacheKey);return (txCache != null) ? txCache.getObject(cacheKey) : null;}public void putObject(Cache cache, Object key, Object value) {getTransactionalCache(cache).putObject(key, value);}private TransactionalCache getTransactionalCache(Cache cache) {return transactionalCaches.computeIfAbsent(cache, TransactionalCache::new);}// 其他方法...
}

3. 提交与回滚时的缓存处理

在 MyBatis 中，事务提交或回滚时，CachingExecutor 会调用 TransactionalCacheManager 清空或保存缓存，以确保缓存与数据库的一致性。

总结与互动

通过本文，我们详细探讨了 MyBatis 中 CachingExecutor 的设计与实现，并通过自定义实现加深了对二级缓存机制的理解。掌握这些知识有助于在实际开发中更好地利用缓存机制，提升系统性能并确保数据的一致性。

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