1.缓存
缓存（Caching），用于提高数据访问速度和系统性能。它通过在快速的存储介质中保存数据的副本，使得数据可以被更快地检索，而不是每次都从较慢的原始数据源（如数据库或磁盘）中获取。缓存通常用于减少数据检索时间、降低系统负载、提高响应速度和改善用户体验。
缓存的工作原理基于这样一个事实：某些数据被频繁访问，而这些数据的变化频率相对较低。因此，将这些数据保存在快速访问的缓存中，可以减少对原始数据源的访问次数，从而提高整体性能。
不管是web应用，还是游戏应用，缓存都是非常重要的技术。
2.java使用缓存
java发展多年，生态已经非常完善。如果使用springboot全家桶，可以直接使用springcache，通过注解使用缓存功能。需要注意的是，springcache是一种声明式解决方案，本身只提供操作缓存的相关接口，至于缓存实现，可根据需要选择redis或者caffine等。
2.2.引入sprigcache
在Spring中，可以通过Spring Cache来使用缓存。下面是使用Spring Cache的一般步骤：
添加依赖：在项目的构建文件（如pom.xml）中添加Spring Cache的相关依赖。
配置缓存管理器：在Spring的配置文件（如applicationContext.xml）中配置缓存管理器。可以选择使用Spring提供的缓存管理器实现，如ConcurrentMapCacheManager、EhCacheCacheManager等，也可以自定义缓存管理器。
在需要缓存的方法上添加缓存注解：在需要进行缓存的方法上添加Spring Cache的缓存注解，如@Cacheable、@CachePut等。这些注解可以指定缓存的名称、缓存条目的键，以及在何时加入或刷新缓存条目。
配置缓存注解的属性：根据需求，可以为缓存注解添加一些属性，如缓存的失效时间、编写缓存的键生成器等。
启用缓存功能：在Spring的配置类上使用@EnableCaching注解，以启用Spring Cache的功能
SpringCache通过注解提供缓存服务，注解只是提供一个抽象的统一访问接口，而没有提供缓存的实现。对于每个版本的spring，其使用的缓存实现存在一定的差异性。例如springboot 3.X，提供以下的缓存实现。
2.3.SpringCache主要注解
@Cacheable：将方法的返回值缓存起来，并在下次调用时，直接从缓存中获取，而不执行方法体。
@CachePut：将方法的返回值缓存起来，与@Cacheable不同的是，@CachePut会每次都执行方法体，并将返回值放入缓存中。
@CacheEvict：从缓存中移除一个或多个条目。可以通过指定的key来删除具体的缓存条目，或者通过allEntries属性来删除所有的缓存条目。
3.Go使用缓存
说实在，Go缓存工具确定没Java的好用，特别是Go要1.18后的版本才支持泛型，而相当多的缓存库因为开发时间早，不支持或暂未支持泛型。
我们先来看看如何使用第三方缓存库。go的缓存工具还是比较多的，大致搜了一下，有bigcache,go-cache,freecache,groupcache，不胜枚举。
本文以bigcache作为案例演示，设计目标
- 支持对不同的数据库表进行缓存，不同表的缓存相互独立
- 允许对缓存进行读操作，若缓存无法命中，则从数据库加载，并写入缓存
- 定时移除长时间未读写的数据项
3.1.bigcache版本
3.1.1.缓存容器
1.首先，引入依赖
go get github.com/allegro/bigcache2.缓存结构定义
const (// Define the timeout period after which cache items should be removedcleanupInterval = 1 * time.MinuteinactivityThreshold = 5 * time.Minute
)type CustomCache struct {cache *bigcache.BigCachelastAccess map[string]time.Timemu sync.RWMutexmodelType reflect.Type
}func NewCustomCache(modelType reflect.Type) (*CustomCache, error) {cache, err := bigcache.NewBigCache(bigcache.DefaultConfig(10 * time.Minute))if err != nil {return nil, err}return &CustomCache{cache: cache,lastAccess: make(map[string]time.Time),modelType: modelType,}, nil
}3.缓存写操作
CustomCache内部使用读写锁用于并发，多个读操作可以并发，但只要有一个写操作，则其他写操作或者读操作无法执行。Set()使用写锁
func (c *CustomCache) Set(key string, value []byte) error {c.mu.Lock()defer c.mu.Unlock()err := c.cache.Set(key, value)if err != nil {return err}c.lastAccess[key] = time.Now()return nil
}4.缓存读操作
下面演示读操作，这里比较复杂，实现了，若没有命中缓存，则从数据库加载，并将对象对应的byte 数组写入缓存
// General function to query the database using GORM
func queryDatabase(modelType reflect.Type, key string) ([]byte, error) {// Create a new instance of the modelresult := reflect.New(modelType).Interface()// Perform the queryif err := mysqldb.Db.Where("id = ?", key).First(result).Error; err != nil {return nil, err}// Serialize the result to a byte slicejsonData, err := json.Marshal(result)if err != nil {return nil, err}return jsonData, nil
}func (c *CustomCache) Get(key string) (interface{}, error) {// First try to get the value from the cachec.mu.RLocker().Lock()value, err := c.cache.Get(key)if err != nil {c.mu.RLocker().Unlock()// If cache miss, load from databasevalue, err = queryDatabase(c.modelType, key)if err != nil {return nil, err}err = c.Set(key, value)if err != nil {return nil, err}} else {c.mu.RLocker().Unlock()}// Deserialize the valuemodelInstance := reflect.New(c.modelType).Interface()err = json.Unmarshal(value, modelInstance)if err != nil {return nil, err}return modelInstance, nil
}这里有一个与java的不同之处。在java里，锁是支持可重入的。这意味着，同一个线程，可以多次获得同一个锁，读写锁也支持。
然而，Go的锁不支持可重入。这意味着，即使是同一个goroutine，在获得同一个锁之前，必须先解锁。反映到这里的代码是， Get操作内部，如果命中不了缓存，从数据库加载之后，在set之前，需要先释放读锁，保证set内部的写锁可以工作。所以这里的代码比较复杂（恶心），也没有完美抑制并发，这里从数据库读取的时候没有加锁。
5.定时移除不活跃数据
func (c *CustomCache) cleanup() {c.mu.Lock()defer c.mu.Unlock()now := time.Now()for key, lastAccess := range c.lastAccess {if now.Sub(lastAccess) > inactivityThreshold {c.cache.Delete(key)delete(c.lastAccess, key)}}
}func (c *CustomCache) StartCleanupRoutine() {ticker := time.NewTicker(cleanupInterval)go func() {for {select {case <-ticker.C:c.cleanup()}}}()
}3.1.2.缓存管理器
对于每张表，都用对应的容器来保存，实现表之间数据分隔，所以这里加多一层管理层。
import ("io/github/gforgame/examples/player""reflect""sync"
)type CacheManager struct {caches map[string]*CustomCachemu sync.Mutex
}func NewCacheManager() *CacheManager {return &CacheManager{caches: make(map[string]*CustomCache),}
}func (cm *CacheManager) GetCache(table string) (*CustomCache, error) {cm.mu.Lock()defer cm.mu.Unlock()// 这里可以加一个映射，表格名称与model// 为了简化，这里硬编码model := reflect.TypeOf(player.Player{})if cache, exists := cm.caches[table]; exists {return cache, nil}cache, err := NewCustomCache(model)if err != nil {return nil, err}cache.StartCleanupRoutine()cm.caches[table] = cachereturn cache, nil
}2.1.3.单元测试
主要观察，第一次读取，从数据库加载，第二次读取，从缓存加载。
import ("fmt""testing"
)func TestCache(t *testing.T) {cacheManager := NewCacheManager()// Fetch data from users tableuserCache, err := cacheManager.GetCache("player")if err != nil {fmt.Println("Error getting cache:", err)return}_, err = userCache.Get("1001")if err != nil {fmt.Println("Error getting value:", err)return}value2, err := userCache.Get("1001")fmt.Println("Value from table", value2)
}
使用bigcache实现了大部分功能，但还是有瑕疵。最主要的原因是底层数据格式为byte数组，签名如下。这意味着无法缓存对象的泛型数据，频繁序列化反序列化会影响性能。
func (c *BigCache) Set(key string, entry []byte) error如果说使用的是进程外缓存（例如redis），redis可能使用json或protobuf等数据编解码，由于跨进程，这种序列化反序列化操作无法避免。但如果是进程内缓存仍需要这种io操作，那真是“婶可忍叔不可忍”！
3.2.原生map版本
接下来我们试着使用Go原生的map数据结果实现上述的功能，并且底层存储的是interface{}，而不是byte[]。
3.2.1.缓存容器
1.缓存容器定义
// CacheItem 表示缓存条目
type CacheItem struct {Value interface{}LastAccess time.Time
}// Cache 表示缓存
type Cache struct {mu sync.RWMutexitems map[string]*CacheItemexpiry time.DurationcleanupInterval time.Durationloader func(key string) (interface{}, error)
}// NewCache 创建一个新的缓存实例
func NewCache(expiry time.Duration, cleanupInterval time.Duration, loader func(key string) (interface{}, error)) *Cache {cache := &Cache{items: make(map[string]*CacheItem),expiry: expiry,cleanupInterval: cleanupInterval,loader: loader,}go cache.cleanup() // 启动定期清理线程return cache
}这里Cache#loader是一个函数类型，用于针对不同的数据表执行相应的数据库读取操作
2.缓存读取操作
// Get 从缓存中获取数据
func (c *Cache) Get(key string) (interface{}, error) {c.mu.RLock()item, found := c.items[key]c.mu.RUnlock()if found {// 更新访问时间c.mu.Lock()item.LastAccess = time.Now()c.mu.Unlock()return item.Value, nil}// 如果缓存未命中，从数据库加载数据value, err := c.loader(key)if err != nil {return nil, err}c.mu.Lock()c.items[key] = &CacheItem{Value: value,LastAccess: time.Now(),}c.mu.Unlock()return value, nil
}这里由于每张表都使用唯一的读写锁，容易影响吞吐量，可以进一步优化，使用分段锁代替独占锁。这里不展开处理。
3.缓存写入操作
// Set 更新缓存中的数据
func (c *Cache) Set(key string, value interface{}) {c.mu.Lock()c.items[key] = &CacheItem{Value: value,LastAccess: time.Now(),}c.mu.Unlock()
}4.定时移除沉默数据
// cleanup 定期清理沉默缓存
func (c *Cache) cleanup() {for {time.Sleep(c.cleanupInterval) // 以指定的清理间隔进行清理c.mu.Lock()now := time.Now()for key, item := range c.items {if now.After(item.LastAccess.Add(c.expiry)) {delete(c.items, key)}}c.mu.Unlock()}
}3.2.2.缓存管理器
对于每张表，都用对应的容器来保存，实现表之间数据分隔，所以这里加多一层管理层。内部绑定了每张表与对应的数据库读取操作。
import ("fmt"mysqldb "io/github/gforgame/db""io/github/gforgame/examples/player""sync""time"
)var (loaders = map[string]func(key string) (interface{}, error){}
)func init() {loaders = map[string]func(string) (interface{}, error){}loaders["player"] = func(key string) (interface{}, error) {var p player.Playermysqldb.Db.First(&p, "id=?", key)return &p, nil}
}type CacheManager struct {caches map[string]*Cachemu sync.Mutex
}func NewCacheManager() *CacheManager {return &CacheManager{caches: make(map[string]*Cache),}
}func (cm *CacheManager) GetCache(table string) (*Cache, error) {cm.mu.Lock()defer cm.mu.Unlock()if cache, exists := cm.caches[table]; exists {return cache, nil}dbLoader, ok := loaders[table]if !ok {return nil, fmt.Errorf("cache table %s not found", table)}cache := NewCache(5*time.Second, 10*time.Second, dbLoader)cm.caches[table] = cachereturn cache, nil
}3.2.3.单元测试
import ("fmt""io/github/gforgame/examples/player""testing"
)func TestCache(t *testing.T) {cm := NewCacheManager()cache, err := cm.GetCache("player")if err != nil {t.Error(err)}// 测试缓存key := "1001"p, err := cache.Get(key)if err != nil {fmt.Println("Error:", err)}fmt.Printf("first query %s: %v\n", key, p)p2, ok := p.(*player.Player)if ok {p2.Name = "gforgam2"使用 Set 方法更新缓存cache.Set(key, p2)p, err = cache.Get(key)fmt.Printf("second query %s: %v\n", key, p)}}完整代码请移步：
--> go游戏服务器
)
