Java缓存数据读取失败：静态变量与单例模式的陷阱及解决方案？

Java缓存数据读取失败：避免静态变量和单例模式的陷阱

在Java应用程序中，缓存大量数据以提高性能是很常见的。然而，有时会出现从缓存中读取数据失败的问题。本文分析了一个案例，讨论了Java缓存数据读取失败的原因，并提供了解决方案。

案例：内存不足导致缓存数据丢失

开发人员使用scenariobuffer类将大约16万条资产数据加载到名为assetbuffer的HashMap中。用于读取缓存数据的getbasset方法。当服务器内存不足(可用内存只剩下100MB，缓存占用3GB，总内存为8GB)时，getbasset方法返回空值。重新启动服务器并清除缓存后，问题得到解决。使用tomcat启动项目，分配约3GB内存。代码如下：

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@Component
@Order(1)
@Slf4j
public class scenariobuffer implements IActionListener, ApplicationRunner {
    private static Map<String, List<Asset>> assetbuffer = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
    private static scenariobuffer instance = new scenariobuffer();

    public static scenariobuffer getinstance() {
        return instance;
    }

    public static List<Asset> getbasset(String groupid) {
        if (assetbuffer.containsKey(groupid)) {
            return assetbuffer.get(groupid);
        }
        return null;
    }

    @Override
    public void run(ApplicationArguments args) throws Exception {
        IAssetService assetService = SpringUtil.getBean(IAssetService.class);
        List<Asset> assetlist = assetService.list();
        assetbuffer.put("key", assetlist);
    }
}

问题分析及解决方案

问题不是简单的内存不足导致JVM清空数据，而是代码设计的缺陷:

1. static和getinstance()使用不当: scenariobuffer类使用static关键字，使其成为单例。但是getinstance()的方法是冗余的，因为spring容器保证@component注释的bean是单例的。static关键字导致assetbuffer成为静态变量，生命周期与应用服务器相同，即使JVM垃圾被回收，也很难回收其内存。

2. Bean获取方法不推荐： 使用SpringUtill使用Spring.getBean(IAssetService.class)获取Bean，不推荐。建议使用@Autowired或@resource注释来依赖注入Spring框架。

3. 初始化时机问题： 应用启动时使用Applicationrunner接口进行初始缓存，但更好的方法是使用@postconstruct注解或实现initializingbean接口，使初始化过程更加清晰可控。

改进后的代码

修改scenariobufer类及其使用方法：

@Component
public class scenariobuffer implements IActionListener {
    private Map<String, List<Asset>> assetbuffer = new HashMap<>();

    @Autowired
    private IAssetService assetservice;

    @PostConstruct
    public void init() {
        List<Asset> assetlist = assetservice.list();
        assetbuffer.put("key", assetlist);
    }

    public List<Asset> getbasset(String groupid) {
        return assetbuffer.get(groupid);
    }
}

使用@Resource注释注入scenariobuffer的其它服务类别：

@Service
public class XxxService {
    @Resource
    private ScenarioBuffer scenarioBuffer;

    public void xxx() {
        List<Asset> asset = scenarioBuffer.getBAsset("xxx");
    }
}

改进后，避免了不必要的静态变量和单例访问方法，使用Spring框架依赖注入机制和@Postconstruct注释，使代码更清晰、更容易维护，降低了内存泄漏的风险。即使服务器内存紧张，JVM垃圾回收机制也能更有效地工作，减少缓存数据读取失败的可能性。

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