文章摘要

Cache是一種用於提高系統響應速度、改善系統執行效能的技術。尤其是在Web應用中，透過快取頁面的輸出結果，可以很顯著的改善系統執行效能。本文中作者給大家介紹一個實現J2EE框架中Web應用層快取功能的開放原始碼專案----OSCache。透過應用OSCache，我們不但可以實現通常的Cache功能，還能夠改善系統的穩定性。

1 面臨的問題

1.1 需要處理的特殊動態內容

在資訊系統建設過程中我們通常會遇到這樣的問題：

1. 基礎資料的變更問題

資訊系統中需要處理的基礎資料的內容短時間內是不會發生變化的，但是在一個相對長一些的時間裡，它卻可能是動態增加或者減少的。

舉個例子：電子商務中關於送貨區域的定義，可能短時間內不會發生變化，但是隨著電子商務企業業務的擴大，系統中需要處理的送貨區域就可能增加。所以我們的系統中不得不在每次向客戶展示送貨區域資訊的時候都和資料庫（假設送貨區域資訊儲存在資料庫中，這也是通常採用的處理方法）進行互動。

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2. 統計報表（不僅限於統計報表）的問題

一般來說，統計報表是一個週期性的工作，可能是半個月、一個月或者更長的時間才會需要更新一次，然而統計報表通常是圖形顯示或者是生成pdf、word、excel等格式的檔案，這些圖形內容、檔案的生成通常需要消耗很多的系統資源，給系統執行造成很大的負擔。

1.2 問題的共同點

透過比較分析，不難發現這兩類問題有一些共同點：

1、被處理的內容短時間不變，所以短時間內可以作為靜態內容進行處理

2、在一個不太長的時間內，被處理的內容可能或者必定產生變化，所以必須將他們作為動態內容進行處理

3、在合理的時間區段內可以忽略被處理內容變化後帶來的影響

4、對這些內容的處理動作比較消耗系統效能，影響系統響應時間

1.3 解決方法

快取技術可以幫助我們很好的解決這個問題：

1、快取資訊

當上述的基礎資料或者統計報表第一次被訪問時，被處理的內容被當作動態資訊，基礎數庫從資料庫中獲得，統計報表也會被生成符合要求的圖形、檔案，然後這些資訊都會被放入快取資訊中。

2、響應資訊由快取提供

當上述的基礎資料或者統計報表繼續被訪問時，系統將會首先檢查快取資訊中是否有對應的內容和我們設定的快取規則，如果符合快取資訊存在而且符合快取規則，給出的響應將來自於快取資訊，如果沒有或者快取資訊已經不符合設定的要求，系統將重複上一步的動作。

很顯然，上面的步驟2中，多數情況下，當使用者請求到達時，被處理的內容將來自於快取，所以大大的減少了與資料庫的互動，或者不再需要為每個請求都生成一次報表圖形或者檔案，這部分工作的減少對於降低系統效能消耗、提高系統穩定性和併發處理能力是非常有益的。

2 OSCache簡介

OSCache是OpenSymphony組織提供的一個J2EE架構中Web應用層的快取技術實現元件，它的出現解決了我們面臨的問題。 OSCache目前最新的穩定版本是2.0，本文中的例子都是基於這個版本的，如果大家執行例子的過程中發生問題，請首先確認是否採用了正確的軟體版本。

2.1 主要特徵

1. 相容多種支援JSP的web伺服器

已經透過相容測試的web伺服器包括OrionServer (1.4.0或者以上版本) 、Macromedia JRun (3.0或者以上版本) 、BEA Weblogic (7.x或者以上版本) 、IBM Websphere (5.0版本)、Silverstream (3.7.4版本)、Caucho Resin (1.2.3或者以上版本)、Tomcat (4.0或者以上版本) ，其他支援servlet2.3、jsp1.2的web伺服器應該都是完全相容OSCache的。

2. 可選的快取區

你可以使用記憶體、硬碟空間、同時使用記憶體和硬碟或者提供自己的其他資源（需要自己提供介面卡）作為快取區。

使用記憶體作為快取區將可以提供更好的效能
使用硬碟作為快取區可以在伺服器重起後迅速恢復快取內容
同時使用記憶體和硬碟作為快取區則可以減少對記憶體的佔用

3. 靈活的快取系統

OSCache支援對部分頁面內容或者對頁面級的響應內容進行快取，程式設計者可以根據不同的需求、不同的環境選擇不同的快取級別。

4. 容錯

在一般的web應用中，如果某個頁面需要和資料庫打交道，而當客戶請求到達時，web應用和資料庫之間無法進行互動，那麼將返回給使用者"系統出錯"或者類似的提示資訊，如果使用了OSCache的話，你可以使用快取提供給使用者，給自己贏得維護系統或者採取其他補救的時間。

其它特性還包括對叢集的支援、快取主動重新整理等特性，大家可以參考OpenSymphony網站上的其他資源獲取更多的資訊。

3 OSCache元件的安裝

OSCache是一個基於web應用的元件，他的安裝工作主要是對web應用進行配置，大概的步驟如下：

1. 下載、解壓縮OSCache

請到OSCache的主頁下載Oscache的最新版本，作者下載的是OSCache的最新穩定版本2.0。

將下載後的。Zip檔案解壓縮到c:oscache（後面的章節中將使用%OSCache_Home%來表示這個目錄）目錄下

2. 新建立一個web應用

3. 將主要元件%OSCache_Home%oscache.jar放入WEB-INFlib目錄

4. commons-logging.jar、commons-collections.jar的處理

OSCache元件用Jakarta Commons Logging來處理日誌資訊，所以需要commons-logging.jar的支援，請將%OSCache_Home%libcorecommons-logging.jar放入classpath（通常意味著將這個檔案放入WEB-INFlib目錄）
如果使用JDK1.3,請將%OSCache_Home%libcorecommons-collections.jar放入classpath，如果使用JDK1.4或者以上版本，則不需要了

5. 將oscache.properties、oscache.tld放入WEB-INFclass目錄

%OSCache_Home%oscache.properties包含了對OSCache執行特徵值的設定資訊
%OSCache_Home%oscache.tld包含了OSCache提供的標籤庫的定義內容

6. 修改web.xml檔案

在web.xml檔案中增加下面的內容，增加對OSCache提供的taglib的支援：


oscache
/WEB-INF/classes/ oscache.tld

4 開始使用OSCache中的快取元件

OSCache中按照快取範圍的不同分為兩種不同的方式：一種是快取JSP頁面中部分或者全部內容，一種是基於整個頁面檔案的快取。

4.1 JSP部分內容快取

4.1.1 Cache-OSCache提供的快取標籤

這是OSCache提供的標籤庫中最重要的一個標籤，包括在標籤中的內容將應用快取機制進行處理，處理的方式將取決於程式設計者對cache標籤屬性的設定。

第一次請求到達時，標籤中的內容被處理並且快取起來，當下一個請求到達時，快取系統會檢查這部分內容的快取是否已經失效，主要是以下幾項：

1. 快取時間超過了cache標籤設定的time或者duration屬性規定的超時時間
2. cron屬性規定的時間比快取資訊的開始時間更晚
3. 標籤中快取的內容在快取後又被重新重新整理過
4. 其他快取超期設定

如果符合上面四項中的任何一項，被快取的內容視為已經失效，這時被快取的內容將被重新處理並且返回處理過後的資訊，如果被快取的內容沒有失效，那麼返回給使用者的將是快取中的資訊。

cache標籤的屬性說明:

key - 標識快取內容的關鍵詞。在指定的作用範圍內必須是唯一的。預設的key是被訪問頁面的URI和後面的請求字串。

你可以在同一個頁面中使用很多cache標籤而不指定他的key屬性，這種情況下系統使用該頁面的URI和後面的請求字串，另外再自動給這些key增加一個索引值來區分這些快取內容。但是不推薦採用這樣的方式。

scope - 快取發生作用的範圍，可以是application或者session

time - 快取內容的時間段，單位是秒，預設是3600秒，也就是一個小時，如果設定一個負值，那麼這部分被快取的內容將永遠不過期。

duration - 指定快取內容失效的時間，是相對time的另一個選擇，可以使用簡單日期格式或者符合USO-8601的日期格式。如：duration='PT5M' duration='5s'等

refresh - false 或者true。

如果refresh屬性設定為true，不管其他的屬性是否符合條件，這部分被快取的內容都將被更新，這給程式設計者一種選擇，決定什麼時候必須重新整理。

mode - 如果程式設計者不希望被快取的內容增加到給使用者的響應中，可以設定mode屬性為"silent"

其它可用的屬性還包括：cron 、groups、language、refreshpolicyclass、refreshpolicyparam。

上面的這些屬性可以單獨使用，也可以根據需要組合使用，下面的例子將講解這些常用屬性的使用方式。

4.1.2 Cache標籤例項分析:

1. 最簡單的cache標籤用法

使用預設的關鍵字來標識cache內容，超時時間是預設的3600秒

2. 用自己指定的字串標識快取內容，並且設定作用範圍為session。

3.動態設定key值，使用自己指定的time屬性設定快取內容的超時時間，使用動態refresh值決定是否強制內容重新整理。

因為OSCache使用key值來標識快取內容，使用相同的key值將會被認為使用相同的的快取內容，所以使用動態的key值可以自由的根據不同的角色、不同的要求決定使用不同的快取內容。

4. 設定time屬性為負數使快取內容永不過期

5. 使用duration屬性設定超期時間

6. 使用mode屬性使被快取的內容不加入給客戶的響應中

4.2 用CashFilter實現頁面級快取

在OSCache元件中提供了一個CacheFilter用於實現頁面級的快取，主要用於對web應用中的某些動態頁面進行快取，尤其是那些需要生成pdf格式檔案/報表、圖片檔案等的頁面，不僅減少了資料庫的互動、減少資料庫伺服器的壓力，而且對於減少web伺服器的效能消耗有很顯著的效果。

這種功能的實現是透過在web.xml中進行配置來決定快取哪一個或者一組頁面，而且還可以設定快取的相關屬性，這種基於配置檔案的實現方式對於J2EE來說應該是一種標準的實現方式了。

[注] 只有客戶訪問時返回http頭資訊中程式碼為200（也就是訪問已經成功）的頁面資訊才能夠被快取

1. 快取單個檔案

修改web.xml，增加如下內容，確定對/testContent.jsp頁面進行快取。


      CacheFilter
com.opensymphony.oscache.web.filter.CacheFilter


CacheFilter
/testContent.jsp

2. 快取URL pattern

修改web.xml，增加如下內容，確定對*.jsp頁面進行快取。


      CacheFilter
com.opensymphony.oscache.web.filter.CacheFilter


CacheFilter
*.jsp

3. 自己設定快取屬性

在頁面級快取的情況下，可以透過設定CacheFilter的初始屬性來決定快取的一些特性：time屬性設定快取的時間段，預設為3600秒，可以根據自己的需要只有的設定，而scope屬性設定，預設為application，可選項包括application、session


      CacheFilter
com.opensymphony.oscache.web.filter.CacheFilter
 
         time
         600
      
      
         scope
         session
      


CacheFilter
*.jsp

5 效能測試結果

5.1 測試環境

系統平臺：windows 2000 高階伺服器/ P3 800 /512M記憶體

web伺服器：websphere 5.0

資料庫伺服器：mysql 4.0.18-nt

效能測試用工具：apache Jmeter

5.2 測試計劃

這次效能測試對比方為使用快取和不使用快取兩種，他們的訪問程式碼都是一樣的：透過資料來源從本地mysql資料庫中獲取person表的所有記錄，然後顯示在頁面上。

測試中將模仿10個使用者，每個使用者發起5次請求，然後統計所有訪問花費的時間。

5.3 測試結果

使用快取後的測試結果不使用快取時的測試結果

所有請求花費的總時間(毫秒) 20569 22870

效能測試的詳細結果請大家檢視下載內容中的《不使用cache時的系統效能測試結果.txt》和《使用cache後系統效能測試結果.txt》

6 總結

在J2EE系統中，我們經常需要處理一些特殊的動態內容，這些內容在一個時間段內的變更非常有限，但是又不得不將他們確定為動態內容進行輸出，而且非常消耗資料庫系統資源或者web伺服器的資源，這時我們就可以採用Cache----一種用於提高系統響應速度、改善系統執行效能的技術----來最佳化我們的系統。尤其是在Web應用中，這種處理可以很顯著的改善系統執行效能。

本文中作者給大家介紹一個實現J2EE框架中Web應用層快取功能的開放原始碼專案----OSCache。它提供了在J2EE系統中實現快取需要的豐富的功能。透過應用OSCache，我們不但可以實現通常的Cache功能、自由的設定cache的相關特性比如快取時間段/快取內容等，提升系統效能，而且還能有效的改善系統的穩定性。除此之外，OSCache元件還提供了更多的特性比如叢集、容錯、靈活的快取區選擇等。

作者根據自己的使用經驗給大家提供了一些簡單的例子，他們部分演示瞭如何使用OSCache元件提供的豐富特性，OSCache提供的特性遠不止這些，需要大家在今後的時間裡深入的研究

應用OSCache提升J2EE系統執行效能