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在Java中如何实现多线程安全的缓存加载_缓存加载并发控制实践

P粉602998670

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发布时间:2025-11-22 09:10:02

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来源于php中文网

原创

使用ConcurrentHashMap与FutureTask可有效实现多线程安全缓存加载,通过putIfAbsent确保仅一个线程加载数据,其余等待共享结果,避免重复加载;Guava Cache提供更简洁方案,内置并发控制;双重检查加volatile适用于轻量场景。

在java中如何实现多线程安全的缓存加载_缓存加载并发控制实践

在Java中实现多线程安全的缓存加载,核心是解决并发环境下缓存未命中时的重复加载问题。当多个线程同时访问一个尚未加载的数据项时,应确保只允许一个线程去加载数据,其余线程等待并共享结果,避免“缓存击穿”和资源浪费。

使用ConcurrentHashMap与FutureTask控制并发加载

一种高效的做法是结合ConcurrentHashMapFutureTask,利用Map的原子操作来保证只有一个任务被提交。

具体思路如下:

  • 缓存结构使用ConcurrentHashMap>存储正在加载的任务
  • 每次获取缓存时,先检查是否存在对应的Future
  • 若不存在,则创建一个Callable任务并包装为FutureTask,通过putIfAbsent放入map
  • 无论是否由当前线程提交任务,都调用get()等待结果

示例代码:

立即学习Java免费学习笔记(深入)”;

private final ConcurrentHashMap> cache 
    = new ConcurrentHashMap<>();

public Object get(String key) throws ExecutionException, InterruptedException {
    while (true) {
        Future future = cache.get(key);
        if (future == null) {
            Callable loader = () -> loadFromDataSource(key);
            FutureTask newFuture = new FutureTask<>(loader);
            future = cache.putIfAbsent(key, newFuture);
            if (future == null) {
                future = newFuture;
                newFuture.run();
            }
        }
        try {
            return future.get();
        } catch (CancellationException e) {
            cache.remove(key, future);
        }
    }
}


这种方式能有效防止重复加载,且性能良好,因为ConcurrentHashMap的并发能力很强,FutureTask天然支持多线程等待同一结果。

利用Guava Cache简化实现

如果项目允许引入第三方库,Guava Cache提供了更简洁的解决方案。其LoadingCache默认支持并发加载控制。

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使用方式:

LoadingCache cache = CacheBuilder.newBuilder()
    .maximumSize(1000)
    .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES)
    .build(
        new CacheLoader() {
            public Object load(String key) {
                return loadFromDataSource(key);
            }
        });

// 获取即自动加载,线程安全
Object value = cache.get("key1");

Guava内部使用类似Segment的锁机制或CAS操作来保证单一加载,开发者无需关心底层同步细节。

双重检查加锁与volatile的谨慎使用

对于简单的单例式缓存条目,可采用双重检查模式,但必须配合volatile关键字防止指令重排。

例如:

private volatile Map simpleCache = new HashMap<>();

public Object getDirect(String key) {
    Object value = simpleCache.get(key);
    if (value == null) {
        synchronized (this) {
            value = simpleCache.get(key);
            if (value == null) {
                value = loadFromDataSource(key);
                simpleCache.put(key, value);
            }
        }
    }
    return value;
}

注意:此方法适用于读多写少场景,且整个map被同步保护。若频繁更新,建议改用ConcurrentHashMap替代内部加锁。

基本上就这些。选择哪种方式取决于是否需要精细控制、是否允许外部依赖以及性能要求。Guava最省心,自定义FutureTask方案最灵活,而双重检查适合轻量级场景。关键点在于避免重复加载,同时不阻塞读操作。

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