從零到實現Shiro中Authorization和Authentication的緩存

本文大綱

• 一、簡介
• 二、緩存的概念
• 三、自定義實現緩存機制
• 四、什么是Ehcache
• 五、Ehcache怎么用
• 六、Spring對緩存的支持
• 七、Spring+Ehcache實現
• 八、Spring+Shiro+Ehcache實現
• 九、總結

   

一、簡介

在項目中，用到Shiro來做驗證授權的控制。但在實際使用的時候，發現用戶每訪問一個功能，都會重新到UserRealm中獲取一次權限。這樣子會花費大量的系統系統。此時就想到了使用緩存，查了一下，Shiro也確實支持Authorization和Authentication做緩存，那就果斷使用。

但說到緩存，究竟是怎么一回事呢？這里我將從零開始向大家介紹一下緩存。由於網上已經有很多具體實現的文章了，本文內容是對緩存知識的逐步進階整理，目的是讓大家能從零開始對緩存進行了解，直到懂得如何實現Spring+Shiro+Ehcache的緩存配置。文章中不會重復網上能找到的一大堆內容，並會給出相關的參考文章給大家參考。

   

二、緩存的概念

1、緩存簡介

緩存，簡單來說，就是讓數據更接近於使用者。工作機制是：先從緩存中讀取數據，如果沒有再從慢速設備上（如數據庫）讀取實際數據（數據也會存入緩存）。

2、緩存策略

緩存中數據都有一定的生命周期，什么時候移除、什么時候到期，都有一定的講究。主要分下面三點。

2.1 移除策略

移除策略，即如果緩存滿了，從緩存中移除數據的策略；常見的有LFU、LRU、FIFO：

FIFO（First In First Out）：先進先出算法，即先放入緩存的先被移除；

LRU（Least Recently Used）：最久未使用算法，使用時間距離現在最久的那個被移除；

LFU（Least Frequently Used）：最近最少使用算法，一定時間段內使用次數（頻率）最少的那個被移除；

2.2 TTL（Time To Live ）

存活期，即從緩存中創建時間點開始直到它到期的一個時間段（不管在這個時間段內有沒有訪問都將過期）

2.3 TTI（Time To Idle）

空閑期，即一個數據多久沒被訪問將從緩存中移除的時間。

3、參考資料

可參看此文的緩存簡介：http://jinnianshilongnian.iteye.com/blog/2001040

   

三、自定義實現緩存機制

1 實現步驟

實現簡單的緩存機制，通常只需實現下面四點：

1. 確定用什么來做cache，通常使用ConcurrentHashMap鍵值對來做cache。
2. 創建緩存管理器CacheManager，緩存管理器主要實現以下內容：
   1. 創建一個cache並進行管理
   2. 通過key來獲取value的方法
   3. 根據key更新或新增緩存中的記錄的方法
   4. 根據key來刪除緩存中一條記錄的方法
   5. 清空緩存中的所有記錄的方法
3. 在Service實現類中，當查詢內容的時候，先查詢緩存中的內容，若有，則返回；若無，則查詢數據庫中的內容，同時將查詢結果加到緩存中。
4. 在數據庫數據有更新的時候，注意調用方法更新緩存中的數據。

只要選擇好cache，和創建好CacheManager，就可以在Service中，通過創建CacheManager來管理緩存了。

2 存在問題

但我們自己做出來的緩存由於比較簡單考慮得沒那么全面，所以問題也不少，如：

1. 與業務邏輯代碼耦合度很高，需要在Service的方法中調用CacheManager的很多邏輯，不便於維護。
2. 程序不夠靈活，無法根據不同的條件進行緩存。
3. 沒有完善的移除策略，需要開發人員在業務邏輯中進行控制，難以維護。
4. 不通用，無法使用第三方提供的緩存框架。

等等。

3 參考資料

由於網上已有很多實現的文章，這里不做重復。例如可參考：

http://blog.csdn.net/fanzhanwei/article/details/44958297

   

四、什么是Ehcache

上一節是自定義緩存的實現，可以看出，自己可以做一個簡單的緩存，但是不夠完善。其實已經有很多第三方的緩存框架，有完善的機制，可以給我們使用，而ehcache就是這樣一種緩存框架。

1 Ehcache簡介

EhCache是一個純Java的進程內緩存框架，具有快速、精干等特點，也是Hibernate中默認的CacheProvider。它會把查出來的數據存儲在內存或者磁盤中，以節省查詢數據庫的壓力。

2 Ehcache使用條件

• 比較少更新的表數據

  因為如果更新很頻繁的數據，那就沒有緩存的必要了，可能還會增加開銷呢。

• 對數據一致性要求不高的情況

  聽說Ehcache的同步不是很完善，會造成不同服務器上的Ehcache緩存同步未必及時，這樣可能會造成用戶在獲取數據的時候不一致。

3 Ehcache使用場景

• 頁面緩存
• 對象緩存
• 數據庫數據緩存

   

五、Ehcache怎么用

1 Ehcache使用步驟

使用Ehcache，基本步驟如下：

1. 創建一個ehcache.xml的配置文件，里面會有磁盤緩存位置、緩存配置等信息。
2. 創建CacheManager，並讀取相應的xml配置
   1. 直接CacheManager cacheManage = new CacheManager()，讀取默認配置文件。
   2. 通過靜態方法create()創建，加載默認配置。
   3. 通過newInstance()工廠方法創建，newInstance()會有幾個重載，可以傳入String、URL、InputStream等來加載配置文件。
3. 創建Cache，可以在ehcache.xml等配置文件中配置好，也可以直接通過API創建cache，然后通過cacheManager.addCache()方法將cache加到緩存管理器中。
4. 通過cacheManager.getCache()方法獲取Cache
5. 創建Element對象，存放鍵值對。
6. 將創建的Element對象存放到cache中。
7. 通過以上步驟，就已經把緩存弄好並存了相關內容到緩存中了。要想獲得緩存中的內容，就逆向操作，先使用cache.get()把Element獲取出來，接着通過Element.getObjectValue()獲取到相應的值。

2 Ehcache配置文件

關於配置文件，默認情況下會加載classpath下名為ehcache.xml的配置文件。如果加載失敗，會加載Ehcache報中的ehcache-failsafe.xml文件，這個文件中含有簡單的默認配置。

在ehcache.xml配置文件中，需要了解各參數的意思，以下是一個范例：

• name：緩存名稱。
• maxElementsInMemory：緩存最大個數。
• eternal：緩存中對象是否為永久的，如果是，超時設置將被忽略，對象從不過期。
• timeToIdleSeconds：置對象在失效前的允許閑置時間（單位：秒）。僅當eternal=false對象不是永久有效時使用，可選屬性，默認值是0，也就是可閑置時間無窮大。
• timeToLiveSeconds：緩存數據的生存時間（TTL），也就是一個元素從構建到消亡的最大時間間隔值，這只能在元素不是永久駐留時有效，如果該值是0就意味着元素可以停頓無窮長的時間。
• maxEntriesLocalDisk：當內存中對象數量達到maxElementsInMemory時，Ehcache將會對象寫到磁盤中。
• overflowToDisk：內存不足時，是否啟用磁盤緩存。
• diskSpoolBufferSizeMB：這個參數設置DiskStore（磁盤緩存）的緩存區大小。默認是30MB。每個Cache都應該有自己的一個緩沖區。
• maxElementsOnDisk：硬盤最大緩存個數。
• diskPersistent：是否在VM重啟時存儲硬盤的緩存數據。默認值是false。
• diskExpiryThreadIntervalSeconds：磁盤失效線程運行時間間隔，默認是120秒。
• memoryStoreEvictionPolicy：當達到maxElementsInMemory限制時，Ehcache將會根據指定的策略去清理內存。默認策略是LRU（最近最少使用）。你可以設置為FIFO（先進先出）或是LFU（較少使用）。
• clearOnFlush：內存數量最大時是否清除。

3 參考資料

具體例子可參考此網站：http://www.cnblogs.com/jingmoxukong/p/5975994.html

   

六、Spring對緩存的支持

1 Spring配置

Spring本身有對緩存方案的簡單實現，可通過注釋驅動來實現緩存機制。緩存中，最重要的兩個概念就是CacheManager和Cache，Spring中的實現分別是：

• CacheManager：org.springframework.cache.support.SimpleCacheManager
• Cache：org.springframework.cache.concurrent.ConcurrentMapCacheFactoryBean

另外加上緩存的注解驅動配置：<cache:annotation-driven />

所以關鍵的spring xml配置文件如下：

2 重要注釋

在Spring緩存中，關鍵是在方法中增加@Cacheable、@CachePut、@CacheEvict三個注釋，然后方法內注意實現業務邏輯就好，無需像《第二部分：自定義實現緩存機制》那樣子要參雜很多的緩存管理邏輯，這就是第三方緩存框架的一大好處。實際上Spring是通過Spring AOP，在方法的調用前后，分別攔截參數和返回值，來實現緩存的錄入的。關於上面上個注釋的作用如下：

• @Cacheable：主要針對方法配置，能夠根據方法的請求參數對其結果進行緩存。
• @CachePut：主要針對方法配置，能夠根據方法的請求參數對其結果進行緩存，和@Cacheable不同的是，它每次都會觸發真實方法的調用。
• @CacheEvict，主要針對方法配置，能夠根據一定的條件對緩存進行清空。

具體例子可參考此網站：https://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-spring-cache/

   

七、Spring+Ehcache實現

Spring cache能滿足一些基本的緩存需求，但如果需求復雜了，用戶量上去了，或者性能要求高了，Spring cache就估計難以支持了。因為它不支持高可用性，也不具備持久化數據的能力，這個時候就需要用到第三方的緩存方案，但還是用Spring的API，代碼無需改動。這就是最理想的狀態了，而Spring也支持這一點。

要配置實用Ehcache，主要改動Spring的xml配置文件，將cacheManager這個bean的具體實現由org.springframework.cache.support.SimpleCacheManager改為org.springframework.cache.ehcache.EhCacheCacheManager，並引用org.springframework.cache.ehcache.EhCacheManagerFactoryBean這個bean。此兩個類的作用：

org.springframework.cache.ehcache.EhCacheManagerFactoryBean：加載Ehcache配置文件。

org.springframework.cache.ehcache.EhCacheCacheManager:支持net.sf.ehcache.CacheManager。

配置文件如下：

具體例子可參考此網站：http://www.cnblogs.com/jingmoxukong/p/5975994.html

   

八、Spring+Shiro+Ehcache實現

1 配置cacheManager

如果要集成Shiro，這里又得在Spring的xml配置文件中修改一下cacheManager的實現類，將其改為org.apache.shiro.cache.ehcache.EhCacheManager。如下：

 

<!-- 緩存管理器 使用Ehcache實現 -->
<bean id="cacheManager" class="org.apache.shiro.cache.ehcache.EhCacheManager">
　　<property name="cacheManagerConfigFile" value="classpath:ehcache.xml"/>
</bean>

 

這樣就可以使用適合shiro的Ehcache的CacheManager了。

2 配置Realm

修改Realm的bean，指定其cache相關屬性的值，如下：

<!-- Realm實現 -->
<bean id="userRealm" class="com.huangzijian.realm.UserRealm">
　　<property name="cachingEnabled" value="true"/>
　　<property name="authenticationCachingEnabled" value="true"/>
　　<property name="authenticationCacheName" value="authenticationCache"/>
　　<property name="authorizationCachingEnabled" value="true"/>
　　<property name="authorizationCacheName" value="authorizationCache"/>
</bean>

注意此處的cacheName，就是指在Ehcache中配置的cache，也就是通常在ehcache.xml中定義的cacahe。

3 配置securityManager

需要在securityManager中配置cacheManager屬性，引用配好的cacheManager，如下：

<!-- 安全管理器 -->
<bean id="securityManager" class="org.apache.shiro.mgt.DefaultSecurityManager">
　　<property name="realms">
　　　　<list>
　　　　　　<ref bean="userRealm"/>
　　　　</list>
　　</property>
　　<property name="sessionManager" ref="sessionManager"/>
　　<property name="cacheManager" ref="cacheManager"/>
</bean>

經過上面三步，即可激活Shiro的Authentication和Authorization的緩存機制，從而不必要每次都讀取數據庫來確定該人員的角色之類的，極大的節省了資源。

   

九、總結

通過上述一步一步的進階，相信大家都可以實現自己想要的緩存了。本文是通過要實現shiro中的Authorization和Authentication緩存，來逐步讓大家接觸起緩存的使用。對於緩存的使用，還有很多更深入的內容，這里只做了拋磚引玉，有待大家以后的使用了解了。