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=" %><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：
　　$
　　
　　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=" %><c:if test="${sessionScope.counter == null}">　　<c:set var="counter" scope="session" value="0"/></c:if><c:set var="counter" value="$" 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：
　　$ $ $
　　
　　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（$）来表现。动态内容用JSP表达式缓存并在每一次缓存内容被输出时赋值。在下面的部分可以看到这是如何实现的。Counter.JSP缓存了一个包含计数器的页面片段，当每一次用户刷新这个页面的时候计数器会自动＋1。
　　<%@ taglib prefix="c" uri=" %><%@ taglib prefix="jc" uri=" %><c:if test="${sessionScope.counter == null}">
　　<c:set var="counter" scope="session" value="0"/></c:if><c:set var="counter" value="$" scope="session"/><jc:cache id="cachedFragmentWithCounter">
　　... <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="　　xmlns:xsi
　　xsi:schemaLocation="web-JSPtaglibrary_2_0.xsd"
　　version="2.0">
　　<tlib-version>1.0</tlib-version>
　　<short-name>jc</short-name>
　　<uri>http://devsphere.com/articles/JSPcache</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="　　xmlns:xsi="
　　xsi:schemaLocation=" 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>http://devsphere.com/articles/JSPcache</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$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。