Mybatis一级缓存详解

一级缓存

一级缓存的组织

一级缓存的生命周期

一级缓存的工作流程

Cache接口的设计以及CacheKey的定义

一级缓存的性能分析

一级缓存与Spring

事务一级缓存存在的弊端

官方文档分析

Spring通过Mybatis调用数据库的过程

一级缓存
对于会话（Session）级别的数据缓存，我们称之为一级数据缓存，简称一级缓存
Mybatis对缓存提供支持，但是在没有配置的默认情况下，它只开启一级缓存，一级缓存只是相对于同一个SqlSession而言
SqlSession：应用程序和数据库之间交互的一个单线程对象（非线程安全的）不同用户连接的不是同一个
由于Mybatis使用SqlSession对象表示一次数据库的会话，那么，对于会话级别的一级缓存也应该是在SqlSession中控制的
在操作数据库时需要构造sqlSession对象，在对象中有一个(内存区域)数据结构（HashMap）用于存储缓存数据
不同的sqlSession之间的缓存数据区域（HashMap）是互相不影响的，也就是它只能作用在同一个sqlSession中，不同的sqlSession中的缓存是互相不能读取的
一级缓存在操作数据库时需要构造sqlSession对象
但和数据库操作有关的职责都会委托给Executor，通过BaseExecutor中的PerpetualCache localCache(底层就是一个Hashmap)
作用域为 Session，当 Session flush 或 close 之后，该 Session 中的所有 Cache 就将清空
使用一级缓存，共有两个选项，SESSION或者STATEMENT
默认是SESSION级别，即在一个Mybatis会话中执行的所有语句，都会共享这一个缓存
一种是STATEMENT级别，可以理解为缓存只对当前执行的这一个Statement有效
每个SqlSession中持有了Executor，每个Executor中有一个LocalCache(所以一级缓存是SqlSession级别的)
当用户发起查询时，MyBatis根据当前执行的语句生成MappedStatement( 如: mapper.StudentMapper.getStudentById )，在Local Cache进行查询
如果缓存命中的话，直接返回结果给用户，如果缓存没有命中的话，查询数据库，结果写入Local Cache，最后返回结果给用户
一级缓存的组织
实际上，MyBatis只是一个MyBatis对外的接口
SqlSession将它的工作交给了Executor执行器这个角色来完成，负责完成对数据库的各种操作
当创建了一个SqlSession对象时，MyBatis会为这个SqlSession对象创建一个新的Executor执行器，而缓存信息就被维护在这个Executor执行器中，MyBatis将缓存和对缓存相关的操作封装在Cache接口中
Executor接口的实现类BaseExecutor中拥有一个Cache接口的实现类PerpetualCache，则对于BaseExecutor对象而言，它将使用PerpetualCache对象维护缓存
由于Session级别的一级缓存实际上就是使用PerpetualCache维护的，那么PerpetualCache是怎样实现的呢？
PerpetualCache实现原理其实很简单，其内部就是通过一个简单的HashMap<k,v> 来实现的，没有其他的任何限制
一级缓存的生命周期
Mybatis在开启一个数据库会话时，会创建一个新的SqlSession对象，每个SqlSession对象中会有一个新的Executor执行器
Executor执行器中持有一个新的PerpetualCache对象
当会话结束时，SqlSession对象及其内部的Executor对象还有PerpetualCache对象也一并释放掉
如果SqlSession调用了close()方法，会释放掉一级缓存PerpetualCache对象，一级缓存将不可用
如果SqlSession调用了clearCache()，会清空PerpetualCache对象中的数据，但是该对象仍可使用
SqlSession中执行了任何一个update操作(update()、delete()、insert()) 并执行commit操作，都会清空PerpetualCache对象的数据，但是该对象可以继续使用，目的是避免脏读，再次相同sql查询，会查询数据库，此时一级缓存失效
一级缓存的工作流程
1.对于某个查询，根据statementId,params,rowBounds来构建一个key值，根据这个key值去缓存Cache中取出对应的key值存储的缓存结果；
2.判断从Cache中根据特定的key值取的数据是否为空，即是否命中；
3.如果命中，则直接将缓存结果返回；
4.如果没命中：
- 4.1去数据库中查询数据，得到查询结果；
- 4.2将key和查询到的结果分别作为key,value对存储到Cache中；
- 4.3将查询结果返回；
5.结束
Cache接口的设计以及CacheKey的定义
MyBatis定义了一个org.apache.ibatis.cache.Cache接口作为其Cache提供者的SPI(Service Provider Interface)
所有的MyBatis内部的Cache缓存，都应该实现这一接口
MyBatis定义了一个PerpetualCache实现类实现了Cache接口，实际上，在SqlSession对象里的Executor对象内维护的Cache类型实例对象，就是PerpetualCache子类创建的（MyBatis内部还有很多Cache接口的实现，一级缓存只会涉及到这一个PerpetualCache子类，Cache的其他实现将会放到二级缓存中介绍）
Cache最核心的实现其实就是一个Map，将本次查询使用的特征值作为key，将查询结果作为value存储到Map中
现在最核心的问题出现了：怎样来确定一次查询的特征值？
换句话说就是：怎样判断某两次查询是完全相同的查询？
也可以这样说：如何确定Cache中的key值？
MyBatis认为，对于两次查询，如果以下条件都完全一样，那么就认为它们是完全相同的两次查询：
- 1.传入的 statementId
- 2.查询时要求的结果集中的结果范围（结果的范围通过rowBounds.offset和rowBounds.limit表示）
- 3.这次查询所产生的最终要传递给JDBC java.sql.Preparedstatement的Sql语句字符串（boundSql.getSql()）
- 4.传递给java.sql.Statement要设置的参数值
现在分别解释上述四个条件：
- 1.传入的statementId，对于MyBatis而言，你要使用它，必须需要一个statementId，它代表着你将执行什么样的Sql
- 2.MyBatis自身提供的分页功能是通过RowBounds来实现的，它通过rowBounds.offset和rowBounds.limit来过滤查询出来的结果集，这种分页功能是基于查询结果的再过滤，而不是进行数据库的物理分页
- 由于MyBatis底层还是依赖于JDBC实现的，那么，对于两次完全一模一样的查询，MyBatis要保证对于底层JDBC而言，也是完全一致的查询才行
- 而对于JDBC而言，两次查询，只要传入给JDBC的SQL语句完全一致，传入的参数也完全一致，就认为两次查询是完全一致的
- 上述的第3个条件正是要求保证传递给JDBC的SQL语句完全一致
- 第4条则是保证传递给JDBC的参数也完全一致
综上所述，CacheKey由以下条件决定：
- statementId + rowBounds + 传递给JDBC的SQL + 传递给JDBC的参数值
CacheKey的创建
对于每次的查询请求，Executor都会根据传递的参数信息以及动态生成的SQL语句，将上面的条件根据一定的计算规则，创建一个对应的CacheKey对象
我们知道创建CacheKey的目的，就两个：
- 1.根据CacheKey作为key,去Cache缓存中查找缓存结果
- 2.如果查找缓存命中失败，则通过此CacheKey作为key，将从数据库查询到的结果作为value，组成key,value对存储到Cache缓存中
CacheKey的构建被放置到了Executor接口的实现类BaseExecutor中
刚才已经提到，Cache接口的实现，本质上是使用的HashMap，而构建CacheKey的目的就是为了作为HashMap中的key值
而HashMap是通过key值的hashCode来组织和存储的，那么，构建CacheKey的过程实际上就是构造其hashCode的过程
一级缓存的性能分析
MyBatis对会话（Session）级别的一级缓存设计的比较简单，就简单地使用了HashMap来维护，并没有对HashMap的容量和大小进行限制
如果一直使用某一个SqlSession对象查询数据，这样会不会导致HashMap太大，而导致 java.lang.OutOfMemoryError错误啊？不过MyBatis的确是这样设计的
MyBatis这样设计也有它自己的理由：
(1)一般而言SqlSession的生存时间很短；一般情况下使用一个SqlSession对象执行的操作不会太多，执行完就会消亡
(2)对于某一个SqlSession对象而言，只要执行update操作（update、insert、delete），都会将这个SqlSession对象中对应的一级缓存清空掉，所以一般情况下不会出现缓存过大，影响JVM内存空间的问题
(3)可以手动地释放掉SqlSession对象中的缓存
一级缓存是一个粗粒度的缓存，没有更新缓存和缓存过期的概念：
MyBatis的一级缓存就是使用了简单的HashMap，MyBatis只负责将查询数据库的结果存储到缓存中去，不会去判断缓存存放的时间是否过长、是否过期，因此也就没有对缓存的结果进行更新这一说了
根据一级缓存的特性，在使用的过程中应该注意：
(1)对于数据变化频率很大，并且需要高时效准确性的数据要求，使用SqlSession查询的时候，要控制好SqlSession的生存时间，SqlSession的生存时间越长，它其中缓存的数据有可能就越旧，从而造成和真实数据库的误差；同时对于这种情况，用户也可以手动地适时清空SqlSession中的缓存
(2)对于只执行、并且频繁执行大范围的select操作的SqlSession对象，SqlSession对象的生存时间不应过长
一级缓存与Spring
实际开发中，Mybatis通常和Spring进行整合开发
Spring将事务放到Service中管理，对于每一个service中的sqlsession是不同的，这是通过mybatis-spring中的org.mybatis.spring.mapper.MapperScannerConfigurer创建sqlsession自动注入到service中的
每次查询之后都要进行关闭sqlSession(每次查询也会新建sqlsession)，关闭之后数据被清空
所以Spring整合之后，如果没有事务，一级缓存是没有意义的
总的来说，Spring结合Mybatis后，Mybatis一级缓存分为两种情况：
如果没有开启事务，每一次sql都是用的新的SqlSession，这时mybatis的一级缓存是失效的
如果有事务，同一个事务中相同的查询使用的相同的SqlSession，此时一级缓存是生效的
判断是否是同一个SqlSession可以把日志级别降到debug级别查看相应的SqlSessionId是否为多个
事务一级缓存存在的弊端
同一个事务中在查询中间如果有其他线程修改了这条数据，这两条两次查询的内容还是相同（事务使用的是Read Committed）
因为同一个事务中Spring使用的是同一个SqlSession，此时走的是SqlSession的缓存，并没有从数据中查询
解决方案：
在Mybatis的mapper.xml里配置清空缓存flushCache设置为true
官方文档分析
(1)Using an SqlSession
在MyBatis中，使用sqlsessionFactory创建一个sqlsession
一旦有了会话，就可以使用它来执行Mapper的映射语句、提交或回滚连接，最后，当不再需要时，关闭会话
使用mybatis-spring，您不需要直接使用sqlsessionFactory，因为可以向bean注入一个线程安全的sqlsession，它根据spring的事务配置自动提交、回滚和关闭会话
(2)SqlSessionTemplate
SqlSessionTemplate 是mybatis-spring 的心脏
它实现了sqlsession，是为了作为代码中任何现有使用sqlsession的替代品
sqlsessionTemplate是线程安全的，可以由多个DAO或映射器共享
当调用SQL方法（包括getmapper()返回的映射器中的任何方法）时，sqlsessionTemplate将确保使用的sqlsession是与当前spring事务关联的
此外，它还管理会话生命周期，包括根据需要关闭、提交或回滚会话
它还将mybatis异常转换为spring DataAccessExceptions
应始终使用sqlsessiontemplate而不是默认的mybatis实现默认的sqlsession
因为模板可以参与Spring事务，并且对于多个注入的映射器类来说是线程安全的
在同一应用程序中的两个类之间切换可能会导致数据完整性问题
Spring通过Mybatis调用数据库的过程
1、需要访问数据
2、spring检查到了这种需求，于是去申请一个mybatis的sqlsession，并将申请到的sqlsession与当前线程绑定，放入threadlocal里面
3、template从threadlocal获取到sqlsession，去执行查询
4、查询结束，清空threadlocal中与当前线程绑定的sqlsession，释放资源
5、又需要访问数据
6、返回到步骤2