面试官：你是如何使用JDK来实现自己的缓存（支持高并发）？

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需求分析

项目中经常会遇到这种场景：一份数据需要在多处共享，有些数据还有时效性，过期自动失效。比如手机验证码，发送之后需要缓存起来，然后处于安全性考虑，一般还要设置有效期，到期自动失效。我们怎么实现这样的功能呢？

解决方案

1.  使用现有的缓存技术框架，比如redis,ehcache。优点：成熟，稳定，功能强大；缺点，项目需要引入对应的框架，不够轻量。
2.  如果不考虑分布式，只是在单线程或者多线程间作数据缓存，其实完全可以自己手写一个缓存工具。下面就来简单实现一个这样的工具。

先上代码： 

import java.util.HashMap;  
import java.util.Map;  
import java.util.concurrent.*;  
/**  
 * @Author: lixk  
 * @Date: 2018/5/9 15:03  
 * @Description: 简单的内存缓存工具类  
 */  
public class Cache {  
 //键值对集合  
 private final static Map<String, Entity> map = new HashMap<>();  
 //定时器线程池，用于清除过期缓存  
 private final static ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();  
 /**  
 * 添加缓存  
 *  
 * @param key 键  
 * @param data 值  
 */  
 public synchronized static void put(String key, Object data) {  
 Cache.put(key, data, 0);  
 }  
 /**  
 * 添加缓存  
 *  
 * @param key 键  
 * @param data 值  
 * @param expire 过期时间，单位：毫秒， 0表示***长  
 */  
 public synchronized static void put(String key, Object data, long expire) {  
 //清除原键值对  
 Cache.remove(key);  
 //设置过期时间  
 if (expire > 0) {  
 Future future = executor.schedule(new Runnable() {  
 @Override  
 public void run() {  
 //过期后清除该键值对  
 synchronized (Cache.class) {  
 map.remove(key);  
 }  
 }  
 }, expire, TimeUnit.MILLISECONDS);  
 map.put(key, new Entity(data, future));  
 } else {  
 //不设置过期时间  
 map.put(key, new Entity(data, null));  
 }  
 }  
 /**  
 * 读取缓存  
 *  
 * @param key 键  
 * @return  
 */  
 public synchronized static Object get(String key) {  
 Entity entity = map.get(key);  
 return entity == null ? null : entity.getValue();  
 }  
 /**  
 * 读取缓存  
 *  
 * @param key 键  
 * * @param clazz 值类型  
 * @return  
 */  
 public synchronized static <T> T get(String key, Class<T> clazz) {  
 return clazz.cast(Cache.get(key));  
 }  
 /**  
 * 清除缓存  
 *  
 * @param key  
 * @return  
 */  
 public synchronized static Object remove(String key) {  
 //清除原缓存数据  
 Entity entity = map.remove(key);  
 if (entity == null) return null;  
 //清除原键值对定时器  
 Future future = entity.getFuture();  
 if (future != null) future.cancel(true);  
 return entity.getValue();  
 }  
 /**  
 * 查询当前缓存的键值对数量  
 *  
 * @return  
 */  
 public synchronized static int size() {  
 return map.size();  
 }  
 /**  
 * 缓存实体类  
 */  
 private static class Entity {  
 //键值对的value  
 private Object value;  
 //定时器Future   
 private Future future;  
 public Entity(Object value, Future future) {  
 this.value = value;  
 this.future = future;  
 }  
 /**  
 * 获取值  
 *  
 * @return  
 */  
 public Object getValue() {  
 return value;  
 }  
 /**  
 * 获取Future对象  
 *  
 * @return  
 */  
 public Future getFuture() {  
 return future;  
 }  
 }  
} 

本工具类主要采用 HashMap+定时器线程池 实现，map 用于存储键值对数据，map的value是 Cache 的内部类对象 Entity，Entity 包含 value 和该键值对的生命周期定时器 Future。Cache 类对外只提供了 put(key, value), put(key, value, expire), get(key), get(key, class), remove(key), size()几个同步方法。

当添加键值对数据的时候，首先会调用remove()方法，清除掉原来相同 key 的数据，并取消对应的定时清除任务，然后添加新数据到 map 中，并且，如果设置了有效时间，则添加对应的定时清除任务到定时器线程池。

测试 

import java.util.concurrent.ExecutionException;  
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.Future;  
/**  
 * @Author: lixk  
 * @Date: 2018/5/9 16:40  
 * @Description: 缓存工具类测试  
 */  
public class CacheTest {  
 /**  
 * 测试  
 *  
 * @param args  
 */  
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {  
 String key = "id";  
 //不设置过期时间  
 System.out.println("***********不设置过期时间**********");  
 Cache.put(key, 123);  
 System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
 System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.remove(key));  
 System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
 //设置过期时间  
 System.out.println("  
***********设置过期时间**********");  
 Cache.put(key, "123456", 1000);  
 System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
 Thread.sleep(2000);  
 System.out.println("key:" + key + ", value:" + Cache.get(key));  
 /******************并发性能测试************/  
 System.out.println("  
***********并发性能测试************");  
 //创建有10个线程的线程池，将1000000次操作分10次添加到线程池  
 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);  
 Future[] futures = new Future[10];  
 /********添加********/  
 {  
 long start = System.currentTimeMillis();  
 for (int j = 0; j < 10; j++) {  
 futures[j] = executorService.submit(() -> {  
 for (int i = 0; i < 100000; i++) {  
 Cache.put(Thread.currentThread().getId() + key + i, i, 300000);  
 }  
 });  
 }  
 //等待全部线程执行完成，打印执行时间  
 for (Future future : futures) {  
 future.get();  
 }  
 System.out.printf("添加耗时：%dms  
", System.currentTimeMillis() - start);  
 }  
 /********查询********/  
 {  
 long start = System.currentTimeMillis();  
 for (int j = 0; j < 10; j++) {  
 futures[j] = executorService.submit(() -> {  
 for (int i = 0; i < 100000; i++) {  
 Cache.get(Thread.currentThread().getId() + key + i);  
 }  
 });  
 }  
 //等待全部线程执行完成，打印执行时间  
 for (Future future : futures) {  
 future.get();  
 }  
 System.out.printf("查询耗时：%dms  
", System.currentTimeMillis() - start);  
 }  
 System.out.println("当前缓存容量：" + Cache.size());  
 }  
} 

测试结果： 

***********不设置过期时间**********  
key:id, value:123  
key:id, value:123  
key:id, value:null  
***********设置过期时间**********  
key:id, value:123456  
key:id, value:null  
***********并发性能测试************  
添加耗时：2313ms  
查询耗时：335ms  
当前缓存容量：1000000 

测试程序使用有10个线程的线程池来模拟并发，总共执行一百万次添加和查询操作，时间大约都在两秒多，表现还不错，每秒40万读写并发应该还是可以满足大多数高并发场景的^_^