JSP 2.0下的动态内容缓存分析讲解

在Web应用中，内容缓存是最普通的优化技术之一，并且能够很容易地实现。例如，可以使用一个自定义地JSP标签——我们将之命名为＜jc:cache＞——由＜jc:cache＞和＜/jc:cache＞将每一个需要被缓存的页面片段封装起来。任何自定义标签可以控制它所包含部分 (也即预先封装的页面片段)在何时执行，并且动态输出结果可以被捕获。＜jc:cache＞标签使得JSP容器（例如Tomcat）只生成内容一次，作为应用程序范围内的JSP变量，来存储每一个缓存片段。每次JSP页面被执行时，自定义标签将缓存页面片段载入而无需再次执行JSP代码来生成输出结果。作为Jakarta工程的一个部分，标签库的开发使用了这项技术。当被缓存内容无需被每一个用户或者请求所定制的时候，它工作的十分良好。
　　
　　这篇文章对上面描述的技术做了改进，通过使用JSP 2.0表达式语言（EL），允许JSP页面为每一个请求和用户定制缓存内容。缓存页面片段可以包含未被JSP容器赋值的JSP表达式，在每一次页面被执行时，由自定义标签来确定这些表达式的值。因此，动态内容的建立被最优化，但是缓存片段可以含有部分由每一个请求使用本机JSP表达式语言产生的内容。通过JSP 2.0 EL API的帮助，Java开发者可以用表达式语言来使之成为可能。
　　
　　内容缓存VS数据缓存
　　
　　内容缓存不是唯一的选择。例如， 从数据库中提取的数据同样可以被缓存。事实上，由于存储的信息中不包含HTML markup，以及要求较少的内存，数据缓存可能更加高效率。然而在很多情况下，内存缓存更容易实现。假设在某个案例总，一个应用由大量事务对象，占用重要的CPU资源，产生复杂的数据，并且用JSP页面来呈现这些数据。工作一切良好，直到某天突然地服务器的负载增加，需要一个紧急解决方案。这时在事务对象和呈现表达层之间建立一个缓存层，时一个非常不错和有效的方案。但是必须非常快速和流畅地修改缓存动态内容的JSP页面。相对于简单的JSP页面编辑，应用程序的业务逻辑变化通常要求更多的工作量和测试；另外，如果一个页面从多个复合源聚合信息时，Web层仅有少量的改变。问题在于，当缓存信息变得失去时效时，缓存空间需要被释放，而事务对象应该知道何时发生这种情况。然而，选择实现内容缓存还是数据缓存，或者其他的优化技术，有很多不得不考虑的因素，有时是所开发的程序所特殊要求的。
　　
　　数据缓存和内容缓存没有必要互相排斥，它们可以一起使用。例如，在数据库驱动的应用中；从数据库中提取出来的数据，和呈现该数据的HTML分别被缓存起来。这与使用JSP实时生成的模板有些相似。这篇文章中讨论的基于EL API技术说明如何使用JSP EL来将数据载入到呈现模板中。
　　
　　使用JSP变量缓存动态内容
　　
　　每当实现一个缓存机制是，都需要一个存储缓存对象的方法，在这篇文章中涉及的是String类型的对象。 一种选择是使用一个对象——缓存框架结构，或者使用Java maps来实现自定义的缓存方案。JSP已经拥有了称为“scoped attributes”或“JSP variables”来提供ID——object映射，这正是缓存机制所需要的。对于使用page或者request scope，这是没有意义的，而在应用范围内，这是一个很好的存储缓存内容的位置， 因为它被所有的用户和页面共享。当每一个用户需要单独缓存时，Session scope也可以被使用，但这不是很有效率。JSTL标签库可以被是与那个来缓存内容，通过使用JSP变量正如下例所示：
　　
　　＜%@ taglib prefix="c" uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/core" %＞＜c:if test="${empty cachedFragment}"＞
　　＜c:set var="cachedFragment" scope="application"＞
　　...
　　＜/c:set＞＜/c:if＞
　　
　　缓存页面片段用下列语句输出结果：
　　${applicationScope.cachedFragment}
　　
　　当缓存片段需要被每一个请求所定制的时候，到底发生了什么？例如，如果希望包含一个计数器，需要缓存两个片段：
　　＜%@ taglib prefix="c" uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/core" %＞＜c:if test="${sessionScope.counter == null}"＞　　＜c:set var="counter" scope="session" value="0"/＞＜/c:if＞＜c:set var="counter" value="${counter+1}" scope="session"/＞＜c:if test="${empty cachedFragment1}"＞
　　＜c:set var="cachedFragment1" scope="application"＞
　　...
　　＜/c:set＞＜/c:if＞＜c:if test="${empty cachedFragment2}"＞
　　＜c:set var="cachedFragment2" scope="application"＞
　　...
　　＜/c:set＞＜/c:if＞
　　
　　可以使用下面语句输出缓存内容：
　　${cachedFragment1} ${counter} ${cachedFragment2}
　　
　　通过专门的标签库的帮助，需要定制的页面片段的缓存变得异常容易了。上面已经提及，缓存内容可以被开始标签（＜jc:cache＞）和结尾标签（＜/jc:cache＞）封装起来。而每一个定制可以使用另一个标签（＜jc:dynamic expr="..."/＞）输出一个JSP表达式（${...}）来表现。动态内容用JSP表达式缓存并在每一次缓存内容被输出时赋值。在下面的部分可以看到这是如何实现的。Counter.jsp缓存了一个包含计数器的页面片段，当每一次用户刷新这个页面的时候计数器会自动＋1。
　　＜%@ taglib prefix="c" uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/core" %＞＜%@ taglib prefix="jc" uri="http://devsphere.com/articles/jspcache" %＞＜c:if test="${sessionScope.counter == null}"＞
　　＜c:set var="counter" scope="session" value="0"/＞＜/c:if＞＜c:set var="counter" value="${counter+1}" scope="session"/＞＜jc:cache＞
　　... ＜jc:dynamic expr="sessionScope.counter"/＞
　　...＜/jc:cache＞
　　
　　JSP 变量易于使用，对于简单的Web apps，这是一个不错的内容缓存方案。然而，如果应用程序产生大量的动态内容，没有对缓存大小的控制无疑是一个问题。一种专用的缓存框架结构能够提供一个更加有力的方案，允许对缓存的监视，限制缓存大小，控制缓存策略，等等……
　　
　　使用JSP 2.0表达式语言API
　　
　　JSP容器（例如Tomcat）对应用EL API的JSP页面中的表达式予以赋值，并且可以被Java代码所使用。这允许在Web页面外应用JSP EL作开发，例如，对XML文件、基于文本的资源以及自定义脚本。当需要控制何时对Web页面中的表达式进行赋值或者书写与之相关的表达式时，EL API同样是有用的。例如，缓存页面片段可以包含自定义JSP表达式，并且当每一次缓存内容被输出时，EL API将用来给这些表达式赋值或者重新赋值。
　　
　　文章提供了一个例子程序（参见文末资源部分），这个应用程序包含了一个Java类（JspUtils）和类中包含一个方法eval()，这个方法有三个参数：JSP表达式、表达式的期望类型和一个JSP context对象。Eval()方法从JSP context中取得ExpressionEvaluator并且调用evaluate()方法，通过表达式、表达式的期望类型、和一个从JSP congtext中获得的变量。JspUtils.eval()方法返回表达式的值。
　　package com.devsphere.articles.jspcache;
　　import javax.servlet.jsp.JspContext;
　　import javax.servlet.jsp.JspException;
　　import javax.servlet.jsp.PageContext;
　　import javax.servlet.jsp.el.ELException;
　　import javax.servlet.jsp.el.ExpressionEvaluator;
　　import java.io.IOException;public class JspUtils {
　　public static Object eval(
　　String expr, Class type, JspContext jspContext)
　　throws JspException {
　　try {
　　if (expr.indexOf("${") == -1)
　　return expr;
　　ExpressionEvaluator evaluator
　　= jspContext.getExpressionEvaluator();
　　return evaluator.evaluate(expr, type,
　　jspContext.getVariableResolver(), null);
　　} catch (ELException e) {
　　throw new JspException(e);
　　}
　　}
　　...}
　　
　　注意：JspUtils.eval()主要封装了标准的ExpressionEvaluator。如果expr不包含${，JSP EL API不被调用，因为没有JSP表达式。

创建标签库描述符（TLD）文件
　　
　　JSP标签库需要一个标签库描述符（TLD）文件来自定义标签的命名，它们的属性，以及操作该标签的Java类。jspcache.tld描述了两个自定义标签，＜jc:cache＞拥有两个属性：缓存页面片段的id和JSP scope—JSP页面总需要被储存的内容范围。＜jc:dynamic＞只有一个属性，即JSP表达式必须在每一次缓存片段被输出时被赋值。TLD文件将这两个自定义标签映射到CacheTag和DynamicTag类，如下所示：
　　＜?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?＞＜taglib xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee"
　　xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
　　xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee web-jsptaglibrary_2_0.xsd"
　　version="2.0"＞
　　＜tlib-version＞1.0＜/tlib-version＞
　　＜short-name＞jc＜/short-name＞
　　＜uri＞＜/uri＞
　　＜tag＞
　　＜name＞cache＜/name＞
　　＜tag-class＞com.devsphere.articles.jspcache.CacheTag＜/tag-class＞
　　＜body-content＞scriptless＜/body-content＞
　　＜attribute＞
　　＜name＞id＜/name＞
　　＜required＞true＜/required＞
　　＜rtexprvalue＞true＜/rtexprvalue＞
　　＜/attribute＞
　　＜attribute＞
　　＜name＞scope＜/name＞
　　＜required＞false＜/required＞
　　＜rtexprvalue＞false＜/rtexprvalue＞
　　＜/attribute＞
　　＜/tag＞
　　＜tag＞
　　＜name＞dynamic＜/name＞
　　＜tag-class＞com.devsphere.articles.jspcache.DynamicTag＜/tag-class＞
　　＜body-content＞empty＜/body-content＞
　　＜attribute＞
　　＜name＞expr＜/name＞
　　＜required＞true＜/required＞
　　＜rtexprvalue＞false＜/rtexprvalue＞
　　＜/attribute＞
　　＜/tag＞＜/taglib＞
　　
　　TLD文件包含在Web应用描述符文件（web.xml）中，这五个文件同样包含一个初始参数指出cache是否可用。
　　＜?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?＞＜web-app xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee"
　　xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
　　xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee web-app_2_4.xsd"
　　version="2.4"＞
　　＜context-param＞
　　＜param-name＞com.devsphere.articles.jspcache.enabled＜/param-name＞
　　＜param-value＞true＜/param-value＞
　　＜/context-param＞
　　＜jsp-config＞
　　＜taglib＞
　　＜taglib-uri＞＜/taglib-uri＞
　　＜taglib-location＞/WEB-INF/jspcache.tld＜/taglib-location＞
　　＜/taglib＞
　　＜/jsp-config＞＜/web-app＞
　　
　　理解＜jc:cache＞的工作机理
　　
　　JSP容器为JSP页面中的每一个＜jc:cache＞标签创建一个CacheTag实例，来对其处理。JSP容器负责调用setJsp()、setParent()和setJspBody()方法，这是CacheTag类从SimpleTagSupport继承而来。JSP容器同事还为所操作标签的每一个属性调用setter方法。SetId()和setScope()方法存储属性值到私有域，这个值已经用CacheTag()构造函数用缺省值初始化。
　　
　　package com.devsphere.articles.jspcache;
　　import javax.servlet.ServletContext;
　　import javax.servlet.jsp.JspContext;
　　import javax.servlet.jsp.JspException;
　　import javax.servlet.jsp.PageContext;
　　import javax.servlet.jsp.tagext.SimpleTagSupport;
　　import java.io.IOException;import java.io.StringWriter;
　　public class CacheTag extends SimpleTagSupport {
　　public static final String CACHE_ENABLED
　　= "com.devsphere.articles.jspcache.enabled";
　　private String id;
　　private int scope;
　　private boolean cacheEnabled;　　public CacheTag() {
　　id = null;　　　　scope = PageContext.APPLICATION_SCOPE;
　　}　　public void setId(String id) {
　　this.id = id;
　　}　　public void setScope(String scope) {
　　this.scope = JspUtils.checkScope(scope);
　　}
　　...}
　　
　　setScope()方法调用JspUtils.checkScope()来校验已经从String转换为int类型的scope的属性值。
　　...public class JspUtils {
　　...
　　public static int checkScope(String scope) {
　　if ("page".equalsIgnoreCase(scope))
　　return PageContext.PAGE_SCOPE;
　　else if ("request".equalsIgnoreCase(scope))
　　return PageContext.REQUEST_SCOPE;
　　else if ("session".equalsIgnoreCase(scope))
　　return PageContext.SESSION_SCOPE;
　　else if ("application".equalsIgnoreCase(scope))
　　return PageContext.APPLICATION_SCOPE;
　　else
　　throw new IllegalArgumentException(
　　"Invalid scope: " + scope);
　　}}
　　
　　一旦CacheTag实例准备对标签进行操作，JSP容器调用doTag()方法，用getJspContext()来获得JSP context。这个对象被造型为PageContext,从而可以调用getServletContext()方法。servlet context用来获取初始化参数的值，这个值标明缓存机制是否被启用。如果缓存被启用，doTag()尝试使用id和scope属性值来获得缓存页面片段。如果页面片段还没有被缓存，doTag()使用getJspBody().invoke()来执行由＜jc:cache＞和＜/jc:cache＞封装的JSP代码。由JSP body产生的输出结果缓冲在StringWriter并且被toStirng()方法获得。这样，doTag()调用JSP context的setAttribute()方法新建一个JSP变量，这个变量控制可能包含JSP表达式(${…})的缓存内容。这些表达式在用jspContext.getOut().print()输出内容前，被JspUtils.eval()赋值。只有当缓存被启用的时候，这些行为才发生。否则，doTag()只是通过getJspBody().invoke(null)执行JSP body并且输出结果不被缓存。

　　...public class CacheTag extends SimpleTagSupport {
　　...
　　public void doTag() throws JspException, IOException {
　　JspContext jspContext = getJspContext();
　　ServletContext application
　　= ((PageContext) jspContext).getServletContext();
　　String cacheEnabledParam
　　= application.getInitParameter(CACHE_ENABLED);
　　cacheEnabled = cacheEnabledParam != null
　　&& cacheEnabledParam.equals("true");
　　if (cacheEnabled) {
　　String cachedOutput
　　= (String) jspContext.getAttribute(id, scope);
　　if (cachedOutput == null) {
　　StringWriter buffer = new StringWriter();
　　getJspBody().invoke(buffer);
　　cachedOutput = buffer.toString();
　　jspContext.setAttribute(id, cachedOutput, scope);
　　}　　　　　　String evaluatedOutput = (String) JspUtils.eval(
　　cachedOutput, String.class, jspContext);
　　jspContext.getOut().print(evaluatedOutput);
　　} else
　　getJspBody().invoke(null);
　　}
　　...}
　　
　　注意一个单独的JspUtils.eval()调用给所有的${…} 表达式赋值。因为一个包含了大量的${…}结构的text也是一个表达式。每一个缓存片段都可以被当作一个复杂的JSP表达式来进行处理。
　　
　　IsCacheEnabled()方法返回cacheEnabled的值，这个值已经被doTag()初始化。
　　...public class CacheTag extends SimpleTagSupport {
　　...　　public boolean isCacheEnabled() {
　　return cacheEnabled;
　　}}
　　
　　＜jc:cache＞标签允许页面开发者自主选择缓存页面片段的ID。这使得缓存一个页面片段可以被多个JSP页面共享，当需要重用JSP代码时，这是很有用处的。但是仍然需要一些命名协议来避免可能的冲突。通过修改CacheTag类来在自动ID内部包含URL可以避免这种副作用。
　　
　　理解＜jc:dynamic＞在做什么
　　
　　每一个＜jc:dynamic＞被一个DynamicTag类的实例处理，setExpr()方法将expr属性值存储到一个私有域。DoTag()方法创建JSP表达式，在expr属性值加上${前缀和}后缀。然后，doTag()使用findAncestorWithClass()来查找含有＜jc:dynamic＞标签元素的＜jc:cache＞的CacheTag handler。如果没有查找到或者缓存被禁用，JSP表达式被JspUtils.eval()赋值并且值被输出。否则，doTag()输出无值表达式。
　　
　　package com.devsphere.articles.jspcache;
　　import javax.servlet.jsp.JspException;
　　import javax.servlet.jsp.tagext.SimpleTagSupport;
　　import java.io.IOException;
　　public class DynamicTag extends SimpleTagSupport {
　　private String expr;
　　public void setExpr(String expr) {
　　this.expr = expr;
　　}　　public void doTag() throws JspException, IOException {
　　String output = "${" + expr + "}";
　　CacheTag ancestor = (CacheTag) findAncestorWithClass(
　　this, CacheTag.class);
　　if (ancestor == null || !ancestor.isCacheEnabled())
　　output = (String) JspUtils.eval(
　　output, String.class, getJspContext());
　　getJspContext().getOut().print(output);
　　}}
　　
　　分析以上代码，可以注意到＜jc:cache＞和＜jc:dynamic＞合作来实现一个尽可能有效率的方案。如果缓存可用，页面片段和由＜jc:dynamic＞生成并被CacheTag赋值的JSP表达式一起放入缓冲器。如果缓存被禁用，缓冲变得没有意义，＜jc:cache＞只是执行其JSP body部分，而让DynamicTag给JSP表达式赋值。禁用缓存有时候是必要的，特别是在开发过程期间出现内容的改变和JSP页面被重新编译的时候。当然，在开发完毕的成品环境中缓存必须被启用。
　　
　　总结
　　
　　内容缓存是一种非常易用的改善Web应用性能的方法。这篇文章集中讨论了使用JSP表达式语言来为每一个用户或者请求定制缓存内容。贯穿全文的简单介绍的标签库适合小型Web apps并且可以提升中等应用的性能。对于开发大型企业级应用，则该考虑使用支持更好的缓存机制的框架结构，而不仅是使用JSP变量。但是了解基于EL API的定制技术无疑是不无裨益的。