引言
在这篇文章，我们详细解释一下二级缓存的实现原理。
开始
介绍
MyBatis 的二级缓存是 Mapper 命名空间级别 的缓存，它的核心设计目标是通过共享缓存数据，减少跨会话的重复查询。与一级缓存不同，二级缓存的作用域不再局限于单个 SqlSession，而是扩展到同一个 Mapper 的命名空间（Namespace）。这意味着，无论多个 SqlSession 是否相同，只要它们操作的是同一个 Mapper 的 SQL，就可以共享缓存数据。因此，二级缓存也被称为 namespace 级别的缓存，其作用域范围比一级缓存更广。
在设计二级缓存时，核心思路是为 Mapper XML 解析后的 MappedStatement 映射器语句提供缓存服务。具体来说，当某个 SqlSession 的生命周期结束时，需要将其一级缓存中的数据刷新到二级缓存中，以便后续在相同命名空间下执行相同 SQL 时可以直接使用缓存数据，避免重复查询数据库。
为了实现这一目标，首先需要在 XML 解析阶段添加全局缓存配置的支持，允许用户通过配置开启或关闭二级缓存。由于缓存的作用域是 Mapper 的命名空间级别，因此在解析 MappedStatement 时，还需要为其指定缓存策略。MyBatis 提供了四种缓存策略：LRU（最近最少使用）、FIFO（先进先出）、SOFT（软引用） 和 WEAK（弱引用）。在本文中，我们以 FIFO 先进先出策略 为例进行实现。
当用户配置开启二级缓存后，在创建 SqlSession 时，会将其执行器（Executor）用缓存执行器（CachingExecutor）进行装饰。这种装饰器模式的设计是为了将事务中的缓存操作统一管理起来。具体来说，在事务提交或会话关闭时，缓存执行器会负责将一级缓存中的数据刷新到二级缓存中。这样，在后续执行相同命名空间下的相同 SQL 时，就可以直接从二级缓存中获取数据，而无需再次访问数据库。
通过这种设计，MyBatis 的二级缓存不仅实现了跨会话的数据共享，还通过事务管理和缓存策略的灵活配置，确保了缓存数据的一致性和高效性。
创建二级缓存队列
MyBatis 的二级缓存设计具有高度的灵活性，允许开发者根据实际需求对缓存策略进行多种调整。通过配置，你可以选择不同的缓存策略，如 LRU（最近最少使用）、FIFO（先进先出）、SOFT（软引用） 和 WEAK（弱引用），同时还可以设置数据刷新策略、对象存储限制等参数，以满足不同场景下的性能优化需求。
以下是 MyBatis 支持的缓存策略及其特点：
LRU（Least Recently Used，最近最少使用） 该策略会优先移除最长时间未被访问的缓存对象。LRU 是 MyBatis 默认的缓存策略，适合大多数场景，能够有效提高缓存命中率。
FIFO（First In First Out，先进先出） 该策略按照对象进入缓存的顺序移除过期对象。适合缓存数据量较大且访问频率相对均匀的场景。
SOFT（软引用） 该策略基于垃圾回收器的状态和软引用规则移除对象。当内存不足时，垃圾回收器会优先回收软引用对象，适合需要平衡内存使用和缓存性能的场景。
WEAK（弱引用） 该策略比软引用更加主动，基于垃圾回收器的状态和弱引用规则移除对象。适合缓存数据生命周期较短或需要频繁更新的场景。
除了内置的缓存策略外，MyBatis 还支持开发者自定义缓存实现，或者与第三方内存缓存库（如 Redis、Ehcache 等）进行集成，从而满足更复杂的业务需求。在本文的框架开发中，我们仅实现 FIFO 缓存策略，作为二级缓存的基础功能。
通过这种灵活的缓存设计，MyBatis 能够帮助开发者在不同场景下优化数据访问性能，同时兼顾内存使用效率和数据一致性。
FIFO（先进先出）缓存的核心设计是基于 Deque（双端队列） 维护的一个链表结构。它通过队列的特性来实现缓存对象的淘汰策略，而具体的缓存操作（如存放、获取、移除、清空）则委托给底层的 Cache 对象完成。这种设计采用了典型的 装饰器模式，既保留了缓存的基本功能，又增加了 FIFO 的淘汰机制。
在 FifoCache 的实现中，主要提供了以下几个方法：
存放（**putObject**）将缓存对象存入底层 Cache，同时将其键值添加到队列的末尾。如果队列的长度超过了预设的 size 值，则会调用 cycleKeyList 方法移除队列的第一个元素，确保缓存总量不超过限制。
获取（**getObject**）直接从底层 Cache 中获取缓存对象，不改变队列的顺序。
移除（**removeObject**）从底层 Cache 中移除指定键的缓存对象，同时将其从队列中删除。
清空（**clear**）清空底层 Cache 中的所有缓存对象，并重置队列。
其中，cycleKeyList 方法是实现 FIFO 淘汰策略的关键。它的作用是在添加新记录时，检查当前队列的长度是否超过了 size 值。如果超出，则移除队列的第一个元素（即最早添加的缓存对象），从而保证缓存的总量始终控制在预设范围内。
通过这种设计，FifoCache 不仅能够高效地管理缓存对象，还能确保缓存的淘汰行为符合 FIFO 的原则，是一种简单而实用的缓存实现。
创建事务缓存管理
TransactionalCache 的核心职责是管理一级缓存在事务期间的数据操作，并在会话结束时将数据刷新到二级缓存中。具体来说，当一级缓存的作用域范围内的会话因为提交（commit）或关闭（close）而结束时，TransactionalCache 会调用 flushPendingEntries 方法。这个方法会遍历所有暂存的缓存数据，并通过 delegate.putObject(entry.getKey(), entry.getValue()) 将这些数据刷新到二级缓存队列中，确保其他会话可以共享这些缓存数据。
另一方面，如果会话执行了回滚操作（rollback），TransactionalCache 则会清空所有暂存的缓存数据，避免无效或错误的数据被写入二级缓存。这种设计不仅保证了事务的一致性，还确保了缓存数据的有效性。
通过这种机制，TransactionalCache 在事务管理和缓存共享之间起到了关键作用。它既支持在事务提交时将数据刷新到二级缓存，也能够在事务回滚时及时清理缓存，从而维护缓存数据的正确性和一致性。
创建事务缓存管理器
事务缓存管理器（TransactionalCacheManager）的核心作用是对事务缓存（TransactionalCache）进行统一管理和包装。它在缓存执行器（CachingExecutor）创建时被实例化，负责管理执行器范围内的所有事务缓存操作。
事务缓存管理器的主要功能是，在执行器范围内对事务缓存进行批量提交或回滚时，统一处理缓存数据的刷新操作。具体来说：
批量提交（commit） 当事务提交时，事务缓存管理器会遍历所有关联的 TransactionalCache 实例，并调用其 commit 方法。这会将暂存的事务缓存数据刷新到二级缓存中，确保其他会话可以访问这些数据。
批量回滚（rollback） 当事务回滚时，事务缓存管理器会遍历所有关联的 TransactionalCache 实例，并调用其 rollback 方法。这会清空所有暂存的事务缓存数据，避免无效或错误的数据被写入二级缓存。
通过这种设计，事务缓存管理器将事务缓存的操作集中管理，简化了缓存执行器的逻辑，同时确保了在事务提交或回滚时，缓存数据的刷新行为是统一且一致的。这种批量处理机制不仅提高了性能，还增强了缓存数据管理的可靠性。
装饰缓存执行
public Executor newExecutor(Transaction transaction) {
Executor executor = new SimpleExecutor(this, transaction);
// 配置开启缓存，创建 CachingExecutor(默认就是有缓存)装饰者模式
if (cacheEnabled) {
executor = new CachingExecutor(executor);
}
return executor;
}
二级缓存的流转 当会话结束时（如提交 commit 或关闭 close），CachingExecutor 会将一级缓存中的数据刷新到二级缓存中。这样，其他会话在相同命名空间下执行相同 SQL 时，可以直接从二级缓存中获取数据，而无需再次访问数据库。
事务管理 在事务提交或回滚时，CachingExecutor 会通过事务缓存管理器（TransactionalCacheManager）统一处理缓存数据的刷新或清理，确保缓存数据的一致性和正确性。
通过这种装饰器模式的设计，CachingExecutor 将一级缓存和二级缓存的功能无缝整合，既保留了 SimpleExecutor 的基础能力，又扩展了缓存的跨会话共享能力，从而显著提升了 MyBatis 的性能和灵活性。
创建CachingExecutor
在 CachingExecutor 的实现中，核心关注点在于会话期间的数据查询如何利用缓存。具体来说，query 方法中的 delegate.<E>query 操作是关键，这里的 delegate 实际上是 SimpleExecutor 的实例。SimpleExecutor 负责执行具体的数据库查询操作，而 CachingExecutor 则在此基础上添加了缓存逻辑。
当查询操作在会话中执行时，CachingExecutor 会首先检查二级缓存（即 MappedStatement 中配置的 Cache 缓存队列，如本章实现的 FifoCache 先进先出缓存）。如果二级缓存中未命中，则委托 SimpleExecutor 执行数据库查询，并将结果写入一级缓存（会话级别缓存）。随着会话的生命周期结束，缓存数据会根据事务状态（提交或回滚）进行流转：
提交（commit）：通过 TransactionalCacheManager 事务缓存管理器，将一级缓存中的数据刷新到二级缓存中，确保其他会话可以共享这些数据。
回滚（rollback）：清空事务缓存中的数据，避免无效或错误的数据被写入二级缓存。
简而言之，CachingExecutor 通过装饰器模式将 SimpleExecutor 包装起来，在查询操作中优先使用缓存，同时通过 TransactionalCacheManager 管理缓存的流转，确保数据在会话结束时能够正确同步到二级缓存或清空。这种设计不仅提升了查询性能，还保证了缓存数据的一致性和事务安全性。