1 硬编码
在学习Spring Cache之前,笔者经常会硬编码的方式使用缓存。
举个例子,为了提升用户信息的查询效率,我们对用户信息使用了缓存,示例代码如下:
@Autowire privateUserMapperuserMapper; @Autowire privateStringCommandstringCommand; //查询用户 publicUsergetUserById(LonguserId){ StringcacheKey="userId_"+userId; Useruser=stringCommand.get(cacheKey); if(user!=null){ returnuser; } user=userMapper.getUserById(userId); if(user!=null){ stringCommand.set(cacheKey,user); returnuser; } //修改用户 publicvoidupdateUser(Useruser){ userMapper.updateUser(user); StringcacheKey="userId_"+userId.getId(); stringCommand.set(cacheKey,user); } //删除用户 publicvoiddeleteUserById(LonguserId){ userMapper.deleteUserById(userId); StringcacheKey="userId_"+userId.getId(); stringCommand.del(cacheKey); } }
相信很多同学都写过类似风格的代码,这种风格符合面向过程的编程思维,非常容易理解。但它也有一些缺点:
代码不够优雅。业务逻辑有四个典型动作:存储,读取,修改,删除。每次操作都需要定义缓存Key ,调用缓存命令的API,产生较多的重复代码;
缓存操作和业务逻辑之间的代码耦合度高,对业务逻辑有较强的侵入性。
侵入性主要体现如下两点:
开发联调阶段,需要去掉缓存,只能注释或者临时删除缓存操作代码,也容易出错;
某些场景下,需要更换缓存组件,每个缓存组件有自己的API,更换成本颇高。
2 缓存抽象
首先需要明确一点:Spring Cache不是一个具体的缓存实现方案,而是一个对缓存使用的抽象(Cache Abstraction )。
2.1 Spring AOP
Spring AOP是基于代理模式(proxy-based )。
通常情况下,定义一个对象,调用它的方法的时候,方法是直接被调用的。
Pojopojo=newSimplePojo(); pojo.foo();
将代码做一些调整,pojo对象的引用修改成代理类。
ProxyFactoryfactory=newProxyFactory(newSimplePojo()); factory.addInterface(Pojo.class); factory.addAdvice(newRetryAdvice()); Pojopojo=(Pojo)factory.getProxy(); //thisisamethodcallontheproxy! pojo.foo();
调用pojo的foo方法的时候,实际上是动态生成的代理类调用foo方法。
代理类在方法调用前可以获取方法的参数,当调用方法结束后,可以获取调用该方法的返回值,通过这种方式就可以实现缓存的逻辑。
2.2 缓存声明
缓存声明,也就是标识需要缓存的方法以及缓存策略 。
Spring Cache 提供了五个注解。
@Cacheable:根据方法的请求参数对其结果进行缓存,下次同样的参数来执行该方法时可以直接从缓存中获取结果,而不需要再次执行该方法;
@CachePut:根据方法的请求参数对其结果进行缓存,它每次都会触发真实方法的调用;
@CacheEvict:根据一定的条件删除缓存;
@Caching:组合多个缓存注解;
@CacheConfig:类级别共享缓存相关的公共配置。
我们重点讲解:@Cacheable,@CachePut,@CacheEvict三个核心注解。
2.2.1 @Cacheable注解
@Cacheble注解表示这个方法有了缓存的功能。
@Cacheable(value="user_cache",key="#userId",unless="#result==null") publicUsergetUserById(LonguserId){ Useruser=userMapper.getUserById(userId); returnuser; }
上面的代码片段里,getUserById方法和缓存user_cache 关联起来,若方法返回的User对象不为空,则缓存起来。第二次相同参数userId调用该方法的时候,直接从缓存中获取数据,并返回。
▍ 缓存key的生成
我们都知道,缓存的本质是key-value存储模式,每一次方法的调用都需要生成相应的Key, 才能操作缓存。
通常情况下,@Cacheable有一个属性key可以直接定义缓存key,开发者可以使用SpEL语言定义key值。
若没有指定属性key,缓存抽象提供了 KeyGenerator来生成key ,默认的生成器代码见下图:
它的算法也很容易理解:
如果没有参数,则直接返回SimpleKey.EMPTY ;
如果只有一个参数,则直接返回该参数;
若有多个参数,则返回包含多个参数的SimpleKey 对象。
当然Spring Cache也考虑到需要自定义Key生成方式,需要我们实现org.springframework.cache.interceptor.KeyGenerator 接口。
Objectgenerate(Objecttarget,Methodmethod,Object...params);
然后指定@Cacheable的keyGenerator属性。
@Cacheable(value="user_cache",keyGenerator="myKeyGenerator",unless="#result==null") publicUsergetUserById(LonguserId)
▍ 缓存条件
有的时候,方法执行的结果是否需要缓存,依赖于方法的参数或者方法执行后的返回值。
注解里可以通过condition属性,通过Spel表达式返回的结果是true 还是false 判断是否需要缓存。
@Cacheable(cacheNames="book",condition="#name.length()< 32") public Book findBook(String name)
上面的代码片段里,当参数的长度小于32,方法执行的结果才会缓存。
除了condition,unless属性也可以决定结果是否缓存,不过是在执行方法后。
@Cacheable(value="user_cache",key="#userId",unless="#result==null") publicUsergetUserById(LonguserId){
上面的代码片段里,当返回的结果为null则不缓存。
2.2.2 @CachePut注解
@CachePut注解作用于缓存需要被更新的场景,和 @Cacheable 非常相似,但被注解的方法每次都会被执行。
返回值是否会放入缓存,依赖于condition和unless,默认情况下结果会存储到缓存。
@CachePut(value="user_cache",key="#user.id",unless="#result!=null") publicUserupdateUser(Useruser){ userMapper.updateUser(user); returnuser; }
当调用updateUser方法时,每次方法都会被执行,但是因为unless属性每次都是true,所以并没有将结果缓存。当去掉unless属性,则结果会被缓存。
2.2.3 @CacheEvict注解
@CacheEvict 注解的方法在调用时会从缓存中移除已存储的数据。
@CacheEvict(value="user_cache",key="#id") publicvoiddeleteUserById(Longid){ userMapper.deleteUserById(id); }
当调用deleteUserById方法完成后,缓存key等于参数id的缓存会被删除,而且方法的返回的类型是Void ,这和@Cacheable明显不同。
2.3 缓存配置
Spring Cache是一个对缓存使用的抽象,它提供了多种存储集成。
要使用它们,需要简单地声明一个适当的CacheManager - 一个控制和管理Cache的实体。
我们以Spring Cache默认的缓存实现Simple 例子,简单探索下CacheManager的机制。
CacheManager非常简单:
publicinterfaceCacheManager{ @Nullable CachegetCache(Stringname); CollectiongetCacheNames(); }
在CacheConfigurations配置类中,可以看到不同集成类型有不同的缓存配置类。
通过SpringBoot的自动装配机制,创建CacheManager的实现类ConcurrentMapCacheManager。
而ConcurrentMapCacheManager的getCache方法,会创建ConcurrentCacheMap。
ConcurrentCacheMap实现了org.springframework.cache.Cache接口。
从Spring Cache的Simple 的实现,缓存配置需要实现两个接口:
org.springframework.cache.CacheManager
org.springframework.cache.Cache
3 入门例子
首先我们先创建一个工程spring-cache-demo。
caffeine和Redisson分别是本地内存和分布式缓存Redis框架中的佼佼者,我们分别演示如何集成它们。
3.1 集成caffeine
3.1.1 maven依赖
org.springframework.boot spring-boot-starter-cache com.github.ben-manes.caffeine caffeine 2.7.0
3.1.2 Caffeine缓存配置
我们先创建一个缓存配置类MyCacheConfig。
@Configuration @EnableCaching publicclassMyCacheConfig{ @Bean publicCaffeinecaffeineConfig(){ return Caffeine.newBuilder() .maximumSize(10000). expireAfterWrite(60,TimeUnit.MINUTES); } @Bean publicCacheManagercacheManager(Caffeinecaffeine){ CaffeineCacheManagercaffeineCacheManager=newCaffeineCacheManager(); caffeineCacheManager.setCaffeine(caffeine); returncaffeineCacheManager; } }
首先创建了一个Caffeine对象,该对象标识本地缓存的最大数量是10000条,每个缓存数据在写入60分钟后失效。
另外,MyCacheConfig类上我们添加了注解:**@EnableCaching** 。
3.1.3 业务代码
根据缓存声明 这一节,我们很容易写出如下代码。
@Cacheable(value="user_cache",unless="#result==null") publicUsergetUserById(Longid){ returnuserMapper.getUserById(id); } @CachePut(value="user_cache",key="#user.id",unless="#result==null") publicUserupdateUser(Useruser){ userMapper.updateUser(user); returnuser; } @CacheEvict(value="user_cache",key="#id") publicvoiddeleteUserById(Longid){ userMapper.deleteUserById(id); }
这段代码与硬编码里的代码片段明显精简很多。
当我们在Controller层调用 getUserById方法时,调试的时候,配置mybatis日志级别为DEBUG,方便监控方法是否会缓存。
第一次调用会查询数据库,打印相关日志:
Preparing:select*FROMusertwheret.id=? Parameters:1(Long) Total:1
第二次调用查询方法的时候,数据库SQL日志就没有出现了, 也就说明缓存生效了。
3.2 集成Redisson
3.2.1 maven依赖
org.Redisson Redisson 3.12.0
3.2.2 Redisson缓存配置
@Bean(destroyMethod="shutdown") publicRedissonClientRedisson(){ Configconfig=newConfig(); config.useSingleServer() .setAddress("redis://127.0.0.1:6201").setPassword("ts112GpO_ay"); returnRedisson.create(config); } @Bean CacheManagercacheManager(RedissonClientRedissonClient){ Mapconfig=newHashMap (); //create"user_cache"springcachewithttl=24minutesandmaxIdleTime=12minutes config.put("user_cache", newCacheConfig( 24*60*1000, 12*60*1000)); returnnewRedissonSpringCacheManager(RedissonClient,config); }
可以看到,从Caffeine切换到Redisson,只需要修改缓存配置类,定义CacheManager 对象即可。而业务代码并不需要改动。
Controller层调用 getUserById方法,用户ID为1的时候,可以从Redis Desktop Manager里看到:用户信息已被缓存,user_cache缓存存储是Hash数据结构。
因为Redisson默认的编解码是FstCodec , 可以看到key的名称是:xF6x01。
在缓存配置代码里,可以修改编解码器。
publicRedissonClientRedisson(){ Configconfig=newConfig(); config.useSingleServer() .setAddress("redis://127.0.0.1:6201").setPassword("ts112GpO_ay"); config.setCodec(newJsonJacksonCodec()); returnRedisson.create(config); }
再次调用 getUserById方法 ,控制台就变成:
可以观察到:缓存key已经变成了:["java.lang.Long",1],改变序列化后key和value已发生了变化。
3.3 从列表缓存再次理解缓存抽象
列表缓存在业务中经常会遇到。通常有两种实现形式:
整体列表缓存;
按照每个条目缓存,通过redis,memcached的聚合查询方法批量获取列表,若缓存没有命中,则从数据库重新加载,并放入缓存里。
那么Spring cache整合Redisson如何缓存列表数据呢?
@Cacheable(value="user_cache") publicListgetUserList(List idList){ returnuserMapper.getUserByIds(idList); }
执行getUserList方法,参数id列表为:[1,3] 。
执行完成之后,控制台里可以看到:列表整体直接被缓存起来,用户列表缓存和用户条目缓存并没有共享 ,他们是平行的关系。
这种情况下,缓存的颗粒度控制也没有那么细致。
类似这样的思考,很多开发者也向Spring Framework研发团队提过。
官方的回答也很明确:对于缓存抽象来讲,它并不关心方法返回的数据类型,假如是集合,那么也就意味着需要把集合数据在缓存中保存起来。
还有一位开发者,定义了一个@CollectionCacheable 注解,并做出了原型,扩展了Spring Cache的列表缓存功能。
@Cacheable("myCache") publicStringfindById(Stringid){ //accessDBbackendreturnitem } @CollectionCacheable("myCache") publicMapfindByIds(Collection ids){ //accessDBbackend,returnmapofidtoitem }
官方也未采纳,因为缓存抽象并不想引入太多的复杂性 。
写到这里,相信大家对缓存抽象有了更进一步的理解。当我们想实现更复杂的缓存功能时,需要对Spring Cache做一定程度的扩展。
4 自定义二级缓存
4.1 应用场景
笔者曾经在原来的项目,高并发场景下多次使用多级缓存。多级缓存是一个非常有趣的功能点,值得我们去扩展。
多级缓存有如下优势:
离用户越近,速度越快;
减少分布式缓存查询频率,降低序列化和反序列化的CPU消耗;
大幅度减少网络IO以及带宽消耗。
进程内缓存做为一级缓存,分布式缓存做为二级缓存,首先从一级缓存中查询,若能查询到数据则直接返回,否则从二级缓存中查询,若二级缓存中可以查询到数据,则回填到一级缓存中,并返回数据。若二级缓存也查询不到,则从数据源中查询,将结果分别回填到一级缓存,二级缓存中。
来自《凤凰架构》缓存篇
Spring Cache并没有二级缓存的实现,我们可以实现一个简易的二级缓存DEMO,加深对技术的理解。
4.2 设计思路
MultiLevelCacheManager :多级缓存管理器;
MultiLevelChannel :封装Caffeine和RedissonClient;
MultiLevelCache :实现org.springframework.cache.Cache接口;
MultiLevelCacheConfig :配置缓存过期时间等;
MultiLevelCacheManager是最核心的类,需要实现getCache 和getCacheNames 两个接口。
创建多级缓存,第一级缓存是:Caffeine , 第二级缓存是:Redisson。
二级缓存,为了快速完成DEMO,我们使用Redisson对Spring Cache的扩展类RedissonCache 。它的底层是RMap ,底层存储是Hash。
我们重点看下缓存的「查询」和「存储」的方法:
@Override publicValueWrapperget(Objectkey){ Objectresult=getRawResult(key); returntoValueWrapper(result); } publicObjectgetRawResult(Objectkey){ logger.info("从一级缓存查询key:"+key); Objectresult=localCache.getIfPresent(key); if(result!=null){ returnresult; } logger.info("从二级缓存查询key:"+key); result=RedissonCache.getNativeCache().get(key); if(result!=null){ localCache.put(key,result); } returnresult; }
「查询 」数据的流程:
先从本地缓存中查询数据,若能查询到,直接返回;
本地缓存查询不到数据,查询分布式缓存,若可以查询出来,回填到本地缓存,并返回;
若分布式缓存查询不到数据,则默认会执行被注解的方法。
下面来看下「存储 」的代码:
publicvoidput(Objectkey,Objectvalue){ logger.info("写入一级缓存key:"+key); localCache.put(key,value); logger.info("写入二级缓存key:"+key); RedissonCache.put(key,value); }
最后配置缓存管理器,原有的业务代码不变。
执行下getUserById方法,查询用户编号为1的用户信息。
-从一级缓存查询key:1 -从二级缓存查询key:1 -==>Preparing:select*FROMusertwheret.id=? -==>Parameters:1(Long) -<== Total: 1 - 写入一级缓存 key:1 - 写入二级缓存 key:1
第二次执行相同的动作,从日志可用看到从优先会从本地内存中查询出结果。
-从一级缓存查询key:1
等待30s , 再执行一次,因为本地缓存会失效,所以执行的时候会查询二级缓存
-从一级缓存查询key:1 -从二级缓存查询key:1
一个简易的二级缓存就组装完了。
5 什么场景选择Spring Cache
在做技术选型的时候,需要针对场景选择不同的技术。
笔者认为Spring Cache的功能很强大,设计也非常优雅。特别适合缓存控制没有那么细致的场景。比如门户首页,偏静态展示页面,榜单等等。这些场景的特点是对数据实时性没有那么严格的要求,只需要将数据源缓存下来,过期之后自动刷新即可。这些场景下,Spring Cache就是神器,能大幅度提升研发效率。
但在高并发大数据量的场景下,精细的缓存颗粒度的控制上,还是需要做功能扩展。
审核编辑:刘清
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原文标题:使用 Spring Cache 实现缓存,这种方式才叫优雅!
文章出处:【微信号:芋道源码,微信公众号:芋道源码】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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