內容緩存是Web應用中最普通的優化技術之一，例如，可以使用一個自定義地jsp標簽——我們將之命名為＜jc:cache＞——由＜jc:cache＞和＜/jc:cache＞將每一個需要被緩存的頁面片段封裝起來。任何自定義標簽可以控制它所包含部分 (也即預先封裝的頁面片段)在何時執行，并且動態輸出結果可以被捕獲。＜jc:cache＞標簽使得JSP容器（例如Tomcat）只生成內容一次，作為應用程序范圍內的JSP變量，來存儲每一個緩存片段。每次JSP頁面被執行時，自定義標簽將緩存頁面片段載入而無需再次執行JSP代碼來生成輸出結果。作為Jakarta工程的一個部分，標簽庫的開發使用了這項技術。當被緩存內容無需被每一個用戶或者請求所定制的時候，它工作的十分良好。 這篇文章對上面描述的技術做了改進，通過使用JSP 2.0表達式語言（EL），允許JSP頁面為每一個請求和用戶定制緩存內容。緩存頁面片段可以包含未被JSP容器賦值的JSP表達式，在每一次頁面被執行時，由自定義標簽來確定這些表達式的值。因此，動態內容的建立被最優化，但是緩存片段可以含有部分由每一個請求使用本機JSP表達式語言產生的內容。通過JSP 2.0 EL API的幫助，java開發者可以用表達式語言來使之成為可能。
內容緩存VS數據緩存
內容緩存不是唯一的選擇。例如， 從數據庫中提取的數據同樣可以被緩存。事實上，由于存儲的信息中不包含HTML markup，以及要求較少的內存，數據緩存可能更加高效率。然而在很多情況下，內存緩存更容易實現。假設在某個案例總，一個應用由大量事務對象，占用重要的CPU資源，產生復雜的數據，并且用JSP頁面來呈現這些數據。工作一切良好，直到某天突然地服務器的負載增加，需要一個緊急解決方案。這時在事務對象和呈現表達層之間建立一個緩存層，時一個非常不錯和有效的方案。但是必須非常快速和流暢地修改緩存動態內容的JSP頁面。相對于簡單的JSP頁面編輯，應用程序的業務邏輯變化通常要求更多的工作量和測試；另外，如果一個頁面從多個復合源聚合信息時，Web層僅有少量的改變。問題在于，當緩存信息變得失去時效時，緩存空間需要被釋放，而事務對象應該知道何時發生這種情況。然而，選擇實現內容緩存還是數據緩存，或者其他的優化技術，有很多不得不考慮的因素，有時是所開發的程序所特殊要求的。 數據緩存和內容緩存沒有必要互相排斥，它們可以一起使用。例如，在數據庫驅動的應用中；從數據庫中提取出來的數據，和呈現該數據的HTML分別被緩存起來。這與使用JSP實時生成的模板有些相似。這篇文章中討論的基于EL API技術說明如何使用JSP EL來將數據載入到呈現模板中。
使用JSP變量緩存動態內容
每當實現一個緩存機制是，都需要一個存儲緩存對象的方法，在這篇文章中涉及的是String類型的對象。 一種選擇是使用一個對象——緩存框架結構，或者使用Java maps來實現自定義的緩存方案。JSP已經擁有了稱為“scoped attributes”或“JSP variables”來提供ID——object映射，這正是緩存機制所需要的。對于使用page或者request scope，這是沒有意義的，而在應用范圍內，這是一個很好的存儲緩存內容的位置， 因為它被所有的用戶和頁面共享。當每一個用戶需要單獨緩存時，session scope也可以被使用，但這不是很有效率。JSTL標簽庫可以被是與那個來緩存內容，通過使用JSP變量正如下例所示：
緩存頁面片段用下列語句輸出結果：
${applicationScope.cachedFragment} |
當緩存片段需要被每一個請求所定制的時候，到底發生了什么？
例如，如果希望包含一個計數器，需要緩存兩個片段：
＜%@ taglib prefix="c" uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/core" %＞＜c:if test="${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＞ |
可以使用下面語句輸出緩存內容：
${cachedFragment1} ${counter} ${cachedFragment2} |
通過專門的標簽庫的幫助，需要定制的頁面片段的緩存變得異常容易了。上面已經提及，緩存內容可以被開始標簽（＜jc:cache＞）和結尾標簽（＜/jc:cache＞）封裝起來。而每一個定制可以使用另一個標簽（＜jc:dynamic expr="..."/＞）輸出一個JSP表達式（${...}）來表現。動態內容用JSP表達式緩存并在每一次緩存內容被輸出時賦值。在下面的部分可以看到這是如何實現的。Counter.jsp緩存了一個包含計數器的頁面片段，當每一次用戶刷新這個頁面的時候計數器會自動＋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 id="cachedFragmentWithCounter"＞ ... ＜jc:dynamic expr="sessionScope.counter"/＞ ...＜/jc:cache＞ |
JSP 變量易于使用，對于簡單的Web apps，這是一個不錯的內容緩存方案。然而，如果應用程序產生大量的動態內容，沒有對緩存大小的控制無疑是一個問題。一種專用的緩存框架結構能夠提供一個更加有力的方案，允許對緩存的監視，限制緩存大小，控制緩存策略，等等……
使用JSP 2.0表達式語言API
JSP容器（例如Tomcat）對應用EL API的JSP頁面中的表達式予以賦值，并且可以被Java代碼所使用。這允許在Web頁面外應用JSP EL作開發，例如，對xml文件、基于文本的資源以及自定義腳本。當需要控制何時對Web頁面中的表達式進行賦值或者書寫與之相關的表達式時，EL API同樣是有用的。例如，緩存頁面片段可以包含自定義JSP表達式，并且當每一次緩存內容被輸出時，EL API將用來給這些表達式賦值或者重新賦值。
文章提供了一個例子程序（參見文末資源部分），這個應用程序包含了一個Java類（JspUtils）和類中包含一個方法eval()，這個方法有三個參數：JSP表達式、表達式的期望類型和一個JSP context對象。Eval()方法從JSP context中取得ExpressionEvaluator并且調用evaluate()方法，通過表達式、表達式的期望類型、和一個從JSP congtext中獲得的變量。JspUtils.eval()方法返回表達式的值。
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("${") == -1) return expr; ExpressionEvaluator evaluator= jspContext.getExpressionEvaluator(); return evaluator.evaluate(expr, type, jspContext.getVariableResolver(), null); } catch (ELException e) { throw new JspException(e); } } ...} |
注意：JspUtils.eval()主要封裝了標準的ExpressionEvaluator。如果expr不包含${，JSP EL API不被調用，因為沒有JSP表達式。
創建標簽庫描述符（TLD）文件
JSP標簽庫需要一個標簽庫描述符（TLD）文件來自定義標簽的命名，它們的屬性，以及操作該標簽的Java類。jspcache.tld描述了兩個自定義標簽，＜jc:cache＞擁有兩個屬性：緩存頁面片段的id和JSP scope—JSP頁面總需要被儲存的內容范圍。＜jc:dynamic＞只有一個屬性，即JSP表達式必須在每一次緩存片段被輸出時被賦值。TLD文件將這兩個自定義標簽映射到CacheTag和DynamicTag類，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/j2eeweb-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應用描述符文件（web.xml）中，這五個文件同樣包含一個初始參數指出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＞http://devsphere.com/articles/jspcache＜/taglib-uri＞ ＜taglib-location＞/WEB-INF/jspcache.tld＜/taglib-location＞ ＜/taglib＞ ＜/jsp-config＞＜/web-app＞ |
理解＜jc:cache＞的工作機理
JSP容器為JSP頁面中的每一個＜jc:cache＞標簽創建一個CacheTag實例，來對其處理。JSP容器負責調用setJsp()、setParent()和setJspBody()方法，這是CacheTag類從SimpleTagSupport繼承而來。JSP容器同事還為所操作標簽的每一個屬性調用setter方法。SetId()和setScope()方法存儲屬性值到私有域，這個值已經用CacheTag()構造函數用缺省值初始化。
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()方法調用JspUtils.checkScope()來校驗已經從String轉換為int類型的scope的屬性值。 ...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實例準備對標簽進行操作，JSP容器調用doTag()方法，用getJspContext()來獲得JSP context。這個對象被造型為PageContext,從而可以調用getServletContext()方法。servlet context用來獲取初始化參數的值，這個值標明緩存機制是否被啟用。如果緩存被啟用，doTag()嘗試使用id和scope屬性值來獲得緩存頁面片段。如果頁面片段還沒有被緩存，doTag()使用getJspBody().invoke()來執行由＜jc:cache＞和＜/jc:cache＞封裝的JSP代碼。由JSP body產生的輸出結果緩沖在StringWriter并且被toStirng()方法獲得。這樣，doTag()調用JSP context的setAttribute()方法新建一個JSP變量，這個變量控制可能包含JSP表達式(${…})的緩存內容。這些表達式在用jspContext.getOut().print()輸出內容前，被JspUtils.eval()賦值。只有當緩存被啟用的時候，這些行為才發生。否則，doTag()只是通過getJspBody().invoke(null)執行JSP body并且輸出結果不被緩存。
...public class CacheTag extends SimpleTagSupport {...public void doTag() throws JspException, IOException { JspContext jspContext = getJspContext(); ServletContext application = ((PageContext) jspContext).getServletContext(); String cacheEnabledParam= application.getInitParameter(CACHE_ENABLED); cacheEnabled = cacheEnabledParam != null && cacheEnabledParam.equals("true"); if (cacheEnabled) { String cachedOutput= (String) jspContext.getAttribute(id, scope); if (cachedOutput == null) {StringWriter buffer = new StringWriter(); getJspBody().invoke(buffer); cachedOutput = buffer.toString(); jspContext.setAttribute(id, cachedOutput, scope); } String evaluatedOutput = (String) JspUtils.eval( cachedOutput, String.class, jspContext); jspContext.getOut().print(evaluatedOutput); } else getJspBody().invoke(null); } ...} |
注意一個單獨的JspUtils.eval()調用給所有的${…} 表達式賦值。因為一個包含了大量的${…}結構的text也是一個表達式。每一個緩存片段都可以被當作一個復雜的JSP表達式來進行處理。 IsCacheEnabled()方法返回cacheEnabled的值，這個值已經被doTag()初始化。
IsCacheEnabled()方法返回cacheEnabled的值，這個值已經被doTag()初始化。...public class CacheTag extends SimpleTagSupport {... public boolean isCacheEnabled() { return cacheEnabled; }} |
＜jc:cache＞標簽允許頁面開發者自主選擇緩存頁面片段的ID。這使得緩存一個頁面片段可以被多個JSP頁面共享，當需要重用JSP代碼時，這是很有用處的。但是仍然需要一些命名協議來避免可能的沖突。通過修改CacheTag類來在自動ID內部包含URL可以避免這種副作用。
理解＜jc:dynamic＞在做什么
每一個＜jc:dynamic＞被一個DynamicTag類的實例處理，setExpr()方法將expr屬性值存儲到一個私有域。DoTag()方法創建JSP表達式，在expr屬性值加上${前綴和}后綴。然后，doTag()使用findAncestorWithClass()來查找含有＜jc:dynamic＞標簽元素的＜jc:cache＞的CacheTag handler。如果沒有查找到或者緩存被禁用，JSP表達式被JspUtils.eval()賦值并且值被輸出。否則，doTag()輸出無值表達式。
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); }} |
分析上面的代碼，大家可以注意到＜jc:cache＞和＜jc:dynamic＞合作來實現一個盡可能有效率的方案。如果緩存可用，頁面片段和由＜jc:dynamic＞生成并被CacheTag賦值的JSP表達式一起放入緩沖器。如果緩存被禁用，緩沖變得沒有意義，＜jc:cache＞只是執行其JSP body部分，而讓DynamicTag給JSP表達式賦值。禁用緩存有時候是必要的，特別是在開發過程期間出現內容的改變和JSP頁面被重新編譯的時候。當然，在開發完畢的成品環境中緩存必須被啟用。
總結
內容緩存是一種非常易用的改善Web應用性能的方法。這篇文章集中討論了使用JSP表達式語言來為每一個用戶或者請求定制緩存內容。貫穿全文的簡單介紹的標簽庫適合小型Web apps并且可以提升中等應用的性能。對于開發大型企業級應用，則應當考慮使用支持更好的緩存機制的框架結構，而不僅僅局限于使用JSP變量。
