ehcache是现在最流行的纯Java开源缓存框架，配置简单、结构清晰、功能强大，最初知道它，是从Hibernate的缓存开始的。网上中文的EhCache材料以简单介绍和配置方法居多，如果你有这方面的问题，请自行google；对于API，官网上介绍已经非常清楚，请参见官网；但是很少见到特性说明和对实现原理的分析，因此在这篇文章里面，我会详细介绍和分析EhCache的特性，加上一些自己的理解和思考，希望对缓存感兴趣的朋友有所收获。
一、特性一览，来自官网，简单翻译一下：
1、快速轻量
过去几年，诸多测试表明Ehcache是最快的Java缓存之一。
Ehcache的线程机制是为大型高并发系统设计的。
大量性能测试用例保证Ehcache在不同版本间性能表现得一致性。
很多用户都不知道他们正在用Ehcache，因为不需要什么特别的配置。
API易于使用，这就很容易部署上线和运行。
很小的jar包，Ehcache 2.2.3才668kb。
最小的依赖：唯一的依赖就是SLF4J了。
2、伸缩性
缓存在内存和磁盘存储可以伸缩到数G，Ehcache为大数据存储做过优化。
大内存的情况下，所有进程可以支持数百G的吞吐。
为高并发和大型多CPU服务器做优化。
线程安全和性能总是一对矛盾，Ehcache的线程机制设计采用了Doug Lea的想法来获得较高的性能。
单台虚拟机上支持多缓存管理器。
通过Terracotta服务器矩阵，可以伸缩到数百个节点。
3、灵活性
Ehcache 1.2具备对象API接口和可序列化API接口。
不能序列化的对象可以使用除磁盘存储外Ehcache的所有功能。
除了元素的返回方法以外，API都是统一的。只有这两个方法不一致：getObjectValue和getKeyValue。这就使得缓存对象、序列化对象来获取新的特性这个过程很简单。
支持基于Cache和基于Element的过期策略，每个Cache的存活时间都是可以设置和控制的。
提供了LRU、LFU和FIFO缓存淘汰算法，Ehcache 1.2引入了最少使用和先进先出缓存淘汰算法，构成了完整的缓存淘汰算法。
提供内存和磁盘存储，Ehcache和大多数缓存解决方案一样，提供高性能的内存和磁盘存储。
动态、运行时缓存配置，存活时间、空闲时间、内存和磁盘存放缓存的最大数目都是可以在运行时修改的。
4、标准支持
Ehcache提供了对JSR107 JCACHE API最完整的实现。因为JCACHE在发布以前，Ehcache的实现（如net.sf.jsr107cache）已经发布了。
实现JCACHE API有利于到未来其他缓存解决方案的可移植性。
Ehcache的维护者Greg Luck，正是JSR107的专家委员会委员。
5、可扩展性
监听器可以插件化。Ehcache 1.2提供了CacheManagerEventListener和CacheEventListener接口，实现可以插件化，并且可以在ehcache.xml里配置。
节点发现，冗余器和监听器都可以插件化。
分布式缓存，从Ehcache 1.2开始引入，包含了一些权衡的选项。Ehcache的团队相信没有什么是万能的配置。
实现者可以使用内建的机制或者完全自己实现，因为有完整的插件开发指南。
缓存的可扩展性可以插件化。创建你自己的缓存扩展，它可以持有一个缓存的引用，并且绑定在缓存的生命周期内。
缓存加载器可以插件化。创建你自己的缓存加载器，可以使用一些异步方法来加载数据到缓存里面。
缓存异常处理器可以插件化。创建一个异常处理器，在异常发生的时候，可以执行某些特定操作。
6、应用持久化
在VM重启后，持久化到磁盘的存储可以复原数据。
Ehcache是第一个引入缓存数据持久化存储的开源Java缓存框架。缓存的数据可以在机器重启后从磁盘上重新获得。
根据需要将缓存刷到磁盘。将缓存条目刷到磁盘的操作可以通过cache.flush()方法来执行，这大大方便了Ehcache的使用。
7、监听器
缓存管理器监听器。允许注册实现了CacheManagerEventListener接口的监听器：
notifyCacheAdded()
notifyCacheRemoved()
缓存事件监听器。允许注册实现了CacheEventListener接口的监听器，它提供了许多对缓存事件发生后的处理机制：
notifyElementRemoved/Put/Updated/Expired
8、开启JMX
Ehcache的JMX功能是默认开启的，你可以监控和管理如下的MBean：
CacheManager、Cache、CacheConfiguration、CacheStatistics
9、分布式缓存
从Ehcache 1.2开始，支持高性能的分布式缓存，兼具灵活性和扩展性。
分布式缓存的选项包括：
通过Terracotta的缓存集群：设定和使用Terracotta模式的Ehcache缓存。缓存发现是自动完成的，并且有很多选项可以用来调试缓存行为和性能。
使用RMI、JGroups或者JMS来冗余缓存数据：节点可以通过多播或发现者手动配置。状态更新可以通过RMI连接来异步或者同步完成。
Custom：一个综合的插件机制，支持发现和复制的能力。
可用的缓存复制选项。支持的通过RMI、JGroups或JMS进行的异步或同步的缓存复制。
可靠的分发：使用TCP的内建分发机制。
节点发现：节点可以手动配置或者使用多播自动发现，并且可以自动添加和移除节点。对于多播阻塞的情况下，手动配置可以很好地控制。
分布式缓存可以任意时间加入或者离开集群。缓存可以配置在初始化的时候执行引导程序员。
BootstrapCacheLoaderFactory抽象工厂，实现了BootstrapCacheLoader接口（RMI实现）。
缓存服务端。Ehcache提供了一个Cache Server，一个war包，为绝大多数web容器或者是独立的服务器提供支持。
缓存服务端有两组API：面向资源的RESTful，还有就是SOAP。客户端没有实现语言的限制。
RESTful缓存服务器：Ehcached的实现严格遵循RESTful面向资源的架构风格。
SOAP缓存服务端：Ehcache RESTFul Web Services API暴露了单例的CacheManager，他能在ehcache.xml或者IoC容器里面配置。
标准服务端包含了内嵌的Glassfish web容器。它被打成了war包，可以任意部署到支持Servlet 2.5的web容器内。Glassfish V2/3、Tomcat 6和Jetty 6都已经经过了测试。
10、搜索
标准分布式搜索使用了流式查询接口的方式，请参阅文档。
11、Java EE和应用缓存
为普通缓存场景和模式提供高质量的实现。
阻塞缓存：它的机制避免了复制进程并发操作的问题。
SelfPopulatingCache在缓存一些开销昂贵操作时显得特别有用，它是一种针对读优化的缓存。它不需要调用者知道缓存元素怎样被返回，也支持在不阻塞读的情况下刷新缓存条目。
CachingFilter：一个抽象、可扩展的cache filter。
SimplePageCachingFilter：用于缓存基于request URI和Query String的页面。它可以根据HTTP request header的值来选择采用或者不采用gzip压缩方式将页面发到浏览器端。你可以用它来缓存整个Servlet页面，无论你采用的是JSP、velocity，或者其他的页面渲染技术。
SimplePageFragmentCachingFilter：缓存页面片段，基于request URI和Query String。在JSP中使用jsp:include标签包含。
已经使用Orion和Tomcat测试过，兼容Servlet 2.3、Servlet 2.4规范。
Cacheable命令：这是一种老的命令行模式，支持异步行为、容错。
兼容Hibernate，兼容Google App Engine。
基于JTA的事务支持，支持事务资源管理，二阶段提交和回滚，以及本地事务。
12、开源协议
Apache 2.0 license
二、Ehcache的加载模块列表，他们都是独立的库，每个都为Ehcache添加新的功能，可以在此下载 ：
- ehcache-core：API，标准缓存引擎，RMI复制和Hibernate支持
- ehcache：分布式Ehcache，包括Ehcache的核心和Terracotta的库
- ehcache-monitor：企业级监控和管理
- ehcache-web：为Java Servlet Container提供缓存、gzip压缩支持的filters
- ehcache-jcache：JSR107 JCACHE的实现
- ehcache-jgroupsreplication：使用JGroup的复制
- ehcache-jmsreplication：使用JMS的复制
- ehcache-openjpa：OpenJPA插件
- ehcache-server：war内部署或者单独部署的RESTful cache server
- ehcache-unlockedreadsview：允许Terracotta cache的无锁读
- ehcache-debugger：记录RMI分布式调用事件
- Ehcache for Ruby：Jruby and Rails支持
Ehcache的结构设计概览：
三、核心定义：
cache manager：缓存管理器，以前是只允许单例的，不过现在也可以多实例了
cache：缓存管理器内可以放置若干cache，存放数据的实质，所有cache都实现了Ehcache接口
element：单条缓存数据的组成单位
system of record（SOR）：可以取到真实数据的组件，可以是真正的业务逻辑、外部接口调用、存放真实数据的数据库等等，缓存就是从SOR中读取或者写入到SOR中去的。
代码示例：
Java代码 
Explicit Locking ）：如果我们本身就配置为强一致性，那么自然所有的缓存操作都具备事务性质。而如果我们配置成最终一致性时，再在外部使用显式锁API，也可以达到事务的效果。当然这样的锁可以控制得更细粒度，但是依然可能存在竞争和线程阻塞。
2、无锁可读取视图（UnlockedReadsView）：一个允许脏读的decorator，它只能用在强一致性的配置下，它通过申请一个特殊的写锁来比完全的强一致性配置提升性能。
举例如下，xml配置为强一致性模型：
Xml代码 参见这里。
八、多种配置方式：
包括配置文件、声明式配置、编程式配置，甚至通过指定构造器的参数来完成配置，配置设计的原则包括：
所有配置要放到一起
缓存的配置可以很容易在开发阶段、运行时修改
错误的配置能够在程序启动时发现，在运行时修改出错则需要抛出运行时异常
提供默认配置，几乎所有的配置都是可选的，都有默认值
九、自动资源控制（Automatic Resource Control，ARC）：
它是提供了一种智能途径来控制缓存，调优性能。特性包括：
内存内缓存对象大小的控制，避免OOM出现
池化（cache manager级别）的缓存大小获取，避免单独计算缓存大小的消耗
灵活的独立基于层的大小计算能力，下图中可以看到，不同层的大小都是可以单独控制的
可以统计字节大小、缓存条目数和百分比
优化高命中数据的获取，以提升性能，参见下面对缓存数据在不同层之间的流转的介绍
缓存数据的流转包括了这样几种行为：
Flush：缓存条目向低层次移动。
Fault：从低层拷贝一个对象到高层。在获取缓存的过程中，某一层发现自己的该缓存条目已经失效，就触发了Fault行为。
Eviction：把缓存条目除去。
Expiration：失效状态。
Pinning：强制缓存条目保持在某一层。
下面的图反映了数据在各个层之间的流转，也反映了数据的生命周期：
十、监控功能：
监控的拓扑：
每个应用节点部署一个监控探针，通过TCP协议与监控服务器联系，最终将数据提供给富文本客户端或者监控操作服务器。
十一、广域网复制：
缓存数据复制方面，Ehcache允许两个地理位置各异的节点在广域网下维持数据一致性，同时它提供了这样几种方案（注：下面的示例都只绘制了两个节点的情形，实际可以推广到N个节点）：
第一种方案：Terracotta Active/Mirror Replication。
这种方案下，服务端包含一个活跃节点，一个备份节点；各个应用节点全部靠该活跃节点提供读写服务。这种方式最简单，管理容易；但是，需要寄希望于理想的网络状况，服务器之间和客户端到服务器之间都存在走WAN的情况，这样的方案其实最不稳定。
第二种方案：Transactional Cache Manager Replication。
这种方案下，数据读取不需要经过WAN，写入数据时写入两份，分别由两个cache manager处理，一份在本地Server，一份到其他Server去。这种方案下读的吞吐量较高而且延迟较低；但是需要引入一个XA事务管理器，两个cache manager写两份数据导致写开销较大，而且过WAN的写延迟依然可能导致系统响应的瓶颈。
第三种方案：Messaging based (AMQ) replication。
这种方案下，引入了批量处理和队列，用以减缓WAN的瓶颈出现，同时，把处理读请求和复制逻辑从Server Array物理上就剥离开，避免了WAN情况恶化对节点读取业务的影响。这种方案要较高的吞吐量和较低的延迟，读/复制的分离保证了可以提供完备的消息分发保证、冲突处理等特性；但是它较为复杂，而且还需要一个消息总线。
有一些Ehcache特性应用较少或者比较边缘化，没有提到，例如对于JMX的支持；还有一些则是有类似的特性和介绍了，例如对于WEB的支持，请参见我这篇关于OSCache的解读，其中的“web支持”一节有详细的原理分析。
最后，关于Ehcache的性能比对，下面这张图来自Ehcache的创始人Greg Luck的blog：
put/get上Ehcache要500-1000倍快过Memcached。原因何在？他自己分析道：“In-process caching and asynchronous replication are a clear performance winner”。有关它详细的内容还是请参阅他的blog吧。
