【SpringBoot1.x】SpringBoot1.x 缓存

2024-03-22 10:37:40

SpringBoot1.x 缓存

JSR107

Java Caching 定义了 5 个核心接口，分别为：

CachingProvider 定义了创建、配置、获取、管理和控制多个 CacheManager。一个应用可以在运行期访问多个 CachingProvider。
CacheManager 定义了创建、配置、获取、管理和控制多个唯一命名的 Cache，这些 Cache 存在于 CacheManager 的上下文中。一个 CacheManager 仅被一个 CachingProvider 拥有。
Cache 是一个类似 Map 的数据结构并临时存储以 Key 为索引的值。一个 Chache 仅被一个 CacheManager 拥有。
Entry 是一个存储在 Cache 中的 key-value 对。
Expiry 指每一个存储在 Chche 中的条目有一个定义的有效期，一旦超过这个时间，条目就为过期的状态。一旦过期，条目将不可访问、更新和删除。有效期可以通过 ExpiryPolicy 设置。

Spring 缓存抽象

Spring3.1 后定义了 org.springframework.cache.Cache 和 org.springframework.cache.CacheManager 接口来统一不同的缓存技术，并支持使用 JCache（JSR107） 注解简化我们开发。

Cache 接口为缓存的组件规范定义，包含缓存的各种操作集合；
Cache 接口下 Spring 提供了各种 xxxCache 的实现，如 RedisCache、EhCacheCache、ConcurrentMapCache等；
每次调用需要缓存功能的方法时，Spring 会检查指定参数的指定目标方法是否被调用过。如果有就直接从缓存中获取方法调用后的结果，如果没有就调用方法就缓存结果后返回给用户。下次调用直接从缓存中获取。
使用 Spring 缓存抽象需注意：
- 确定方法需要被缓存以及它们的缓存策略；
- 从缓存中读取之前缓存存储的数据。

重要概念及缓存注解

Chche 缓存接口，定义缓存操作。实现有 RedisCache、EhCacheCache、ConcurrentMapCache等。
ChacheManager 缓存管理器，管理各种缓存组件。
@EnableCaching 开启基于注解的缓存，用在主配置类上。
@Cacheable 能够根据方法的请求参数对其结果进行缓存
@CachePut 即调用方法，又更新缓存数据
@CacheEvict 清除缓存
@Caching 定义复杂的缓存规则

@Cacheable、@CachePut、@Caching 等注解主要的参数：

cacheNames/value 缓存的名字，即将方法的返回结果放在那个缓存中，可以指定多个
key 缓存的数据，为空时默认是使用方法参数的值，可以为 SpEL 表达式，例如 #id
keyGenerator key 的生成器，可以自己指定 key 的生成器的组件 id，它与 key 二选一
cacheManager 缓存管理器
cacheResolver 缓存解析器，它与 cacheManager 二选一
condition 执行符合条件才缓存
unless 执行不符合条件才缓存
sync 是否使用异步模式
allEntries 是否清空所有缓存，默认为 false，如果指定为 true，则方法调用后将立即清空所有缓存
beforeInvocation 默认为 false，即缓存清除操作是在方法之后执行，出现异常不会清除缓存。如果指定为 true，即缓存清除操作是在方法之前执行。无论是否出现异常，缓存都会清除

SpEL 表达式

名字	位置	描述	示例
methodName	root object	当前被调用的方法名	`#root.methodName`
method	root object	当前被调用的方法	`#root.method.name`
target	root object	当前被调用的目标对象	`#root.target`
targetClass	root object	当前被调用的目标对象类	`#root.targetClass`
args	root object	当前被调用的方法的参数列表	`#root.args[0]`
caches	root object	当前方法调用使用的缓存列表，例如`@Cacheable(value={"cache1", "cache2"})`，则有两个 cache	`#root.caches[0].name`
argument name	evaluation context	方法参数的名字，可以直接 `#参数名`，也可以使用 `#p0` 或 `#a0` 的形式，0 代表参数的索引	`#id`、`#a0`、`#p0`
result	evaluation context	方法执行后的返回值，仅当方法执行之后的判断有效	`#result`

缓存使用

使用步骤：

第一步：建立相应表结构
第二步：编写相应的实体类
第三步：整合 MyBatis
- 配置数据源信息
- 使用注解版的 Mybatis，即在主配置类上加上 @MapperScan
第四步：使用缓存
- 在主配置类上加上 @EnableCaching
- 在业务层方法加上 @Cacheable、@CachePut、@CacheEvict、@Caching 等注解

缓存配置原理：

使用 CacheAutoConfiguration 自动配置类
扫描到各种缓存的配置类：
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.GenericCacheConfiguration
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.JCacheCacheConfiguration
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.EhCacheCacheConfiguration
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.HazelcastCacheConfiguration
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.InfinispanCacheConfiguration
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.CouchbaseCacheConfiguration
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.RedisCacheConfiguration
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.CaffeineCacheConfiguration
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.GuavaCacheConfiguration
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.SimpleCacheConfiguration，这是默认生效的
- org.springframework.boot.autoconfigure.cache.NoOpCacheConfiguration
给容器中注册了一个 CacheManager，默认是 ConcurrentMapCacheManager
创建和获取 ConcurrentMapCache 类型的缓存组件，它的作用是将数据保存在 ConcurrentMap 中

EmployeeService：

/**
 * @Author : parzulpan
 * @Time : 2020-12
 * @Desc : 员工业务层
 */

@Service
public class EmployeeService {

    @Autowired
    EmployeeMapper employeeMapper;

    /**
     *
     * 根据 Id 查询员工信息
     *
     * @Cacheable 运行流程：
     * 1. 方法运行之前，先去查询 Cache 缓存组件，按照 cacheNames 指定的名字获取，第一次获取缓存时如果没有 Cache 组件会自动创建
     * 2. 去 Cache 中查询缓存的内容，使用一个 key，默认是方法的参数。也可以按照某种策略生成，默认使用 SimpleKeyGenerator 生成 key
     *    SimpleKeyGenerator 生成 key 的默认策略为：
     *      如果没有参数，key = new SimpleKey()
     *      如果有一个参数，key = 参数的值
     *      如果有多个参数，key = new SimpleKey(params)
     * 3. 有查询到缓存，则直接使用缓存；没有查询到缓存，则调用目标方法并将目标方法返回的结果放进缓存中
     */
    @Cacheable(cacheNames = {"emp"})
    public Employee getEmp(Integer id) {
        return employeeMapper.getEmpById(id);
    }

    /**
     *
     * 更新员工信息
     *
     * @CachePut 运行流程
     * 1. 先调用目标方法
     * 2. 将目标方法的结果缓存起来
     * 3. 比较适用与修改了数据库某个数据后，更新缓存
     */
    @CachePut(value = {"emp"}, key = "#result.id")
    public Employee updateEmp(Employee employee) {
        employeeMapper.updateEmp(employee);
        return  employee;
    }

    /**
     *
     * 删除员工信息
     *
     */
    @CacheEvict(value = {"emp"}, key = "#id")
    public void deleteEmp(Integer id) {
        employeeMapper.deleteEmpById(id);
    }

    /**
     *
     * 根据 lastName 查询员工信息
     *
     * @Caching 定义复杂的缓存规则
     */
    @Caching(
            cacheable = {
                    @Cacheable(value = {"emp"}, key = "#lastName")
            },
            put = {
                    @CachePut(value = {"emp"}, key = "#result.id"),
                    @CachePut(value = {"emp"}, key = "#result.email")
            }
    )
    public Employee getEmp(String lastName) {
        List<Employee> employees = employeeMapper.getEmpByName(lastName);
        if (employees.isEmpty()) {
            return null;
        }
        return employees.get(0);
    }
}

EmployeeController：

/**
 * @Author : parzulpan
 * @Time : 2020-12
 * @Desc : 员工控制器
 */

@RestController
public class EmployeeController {

    @Autowired
    EmployeeService employeeService;

    // http://localhost:8080/emp/1
    @GetMapping("/emp/{id}")
    public Employee getEmp(@PathVariable("id") Integer id) {
        return employeeService.getEmp(id);
    }

    // http://localhost:8080/emp?id=1&lastName=ha&email=ha@gmail.com&gender=0&dId=1001
    @GetMapping("/emp")
    public Employee updateEmp(Employee employee) {
        return employeeService.updateEmp(employee);
    }

    // http://localhost:8080/empDel?id=1
    @GetMapping("/empDel")
    public String deleteEmp(Integer id) {
        employeeService.deleteEmp(id);
        return "success";
    }

    // http://localhost:8080/emp/lastName/parzulpan
    @GetMapping("/emp/lastName/{lastName}")
    public Employee getEmp(@PathVariable("lastName") String lastName) {
        return employeeService.getEmp(lastName);
    }
}

开启 debug 配置后，可以观察缓存的作用：

logging:
  level:
    cn.parzulpan.mapper: debug

可以使用 @CacheConfig，它指定这个类的缓存配置，通常用于抽取公共配置。

@CacheConfig(cacheNames = {"emp"})
@Service
public class EmployeeService {}

整合 Redis

使用步骤：

引入 Redis 启动器依赖

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        </dependency>

配置 Redis

spring:
# 配置 Redis
redis:
    host: localhost

测试 Redis

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class IntegrationCacheApplicationTests {

    @Autowired
    RedisTemplate redisTemplate;    // k-v 都是对象

    @Autowired
    StringRedisTemplate stringRedisTemplate;    // k-v 都是字符串

    @Test
    public void testRedisString() {
        // 字符串操作
        // String 类型 是 Redis 中最基本的数据类型，一个 key 对应一个 value 。

        stringRedisTemplate.opsForValue().set("stringMsg", "hello");
        stringRedisTemplate.opsForValue().append("stringMsg", "world");

        String msg = stringRedisTemplate.opsForValue().get("stringMsg");
        System.out.println(msg);
    }

    @Test
    public void testRedisList() {
        // 列表操作
        // List 类型 是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。
        ListOperations<String, String> ops = redisTemplate.opsForList();
        ops.leftPush("listMsg", "hello");
        ops.leftPushAll("listMsg", "world", "parzulpan");
        List<String> listMsg = ops.range("listMsg", 0, 2);// 索引 0 到2的 listMsg
        System.out.println(listMsg.toString());
    }

    @Test
    public void testRedisSet() {
        // 集合操作
        // Set 类型 是 String 类型 的无序集合。它的特点是无序且唯一，它是通过哈希表实现的，所以添加、删除、查找的复杂度都是 O(1)。
        SetOperations<String, String> ops = redisTemplate.opsForSet();
        ops.add("setMsg", "hello");
        ops.add("setMsg", "world", "parzulpan");
        Set<String> setMsg = ops.members("setMsg"); //  取 set
        System.out.println(setMsg.toString());
    }

    @Test
    public void testRedisZSet() {
        // 有序集合操作
        // ZSet 类型 和 Set 类型 一样，也是 String 类型元素的集合，且不允许有重复的成员。
        // 不同的是每个元素都会关联一个 double 类型 的分数，它正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。
        // ZSet 类型的成员是唯一的，但分数(score) 却可以重复。
        ZSetOperations<String, String> ops = redisTemplate.opsForZSet();
        ops.add("zsetMsg", "hello", 1);
        ops.add("zsetMsg", "parzulpan", 3);
        ops.add("zsetMsg", "world", 2);
        Set<String> zsetMsg = ops.range("zsetMsg", 0, 2);
        System.out.println(zsetMsg.toString());
    }

    @Test
    public void testRedisHash() {
        // 哈希操作
        // Hash 类型 是一个键值对的集合。它是一个 String 类型 的 field 和 value 组合的映射表，它特别适合用于存储对象。
        HashOperations<String, String, String> ops = redisTemplate.opsForHash();
        ops.put("hashMsg", "key1", "hello");
        ops.put("hashMsg", "key2", "world");
        ops.put("hashMsg", "key3", "parzulpan");
        String key2 = ops.get("hashMsg", "key2");
        System.out.println(key2);
    }
}

对于上面的测试，Redis 默认保存对象，使用 JDK 序列化机制，序列化后的数据保存到 redis 中。可以使用自定义的序列化器。值得注意的是，无论是 json 序列化还是 jdk 序列化，redis 接受的都是字符串的文本，而 jdk 的序列化方式字符串会把 json 序列化方式字符串大几倍，性能较差，所以一般都使用自定义的序列化器。

/**
 * @Author : parzulpan
 * @Time : 2021-01
 * @Desc : 自定义 Redis 配置类
 */

@Configuration
public class CustomRedisConfig {

    // 使用 Jackson 序列化器，不使用默认的 JDK 的
    @Bean
    public RedisTemplate<Object, Employee> employeeRedisTemplate(RedisConnectionFactory rcf){
        RedisTemplate<Object, Employee> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(rcf);
        Jackson2JsonRedisSerializer<Employee> jrs = new Jackson2JsonRedisSerializer<>(Employee.class);
        template.setDefaultSerializer(jrs);
        return template;
    }
}

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class IntegrationCacheApplicationTests {
    @Autowired
    RedisTemplate employeeRedisTemplate;    // 使用自定义的 RedisTemplate

    @Test
    public void testEmployeeRedisTemplate() {
        ValueOperations ops = employeeRedisTemplate.opsForValue();
        Employee employee = employeeMapper.getEmpById(1);
        ops.set("emp-01", employee);
    }
}

使用 Redis 缓存，它的原理是：

CacheManager，生成一个 Cache 缓存组件来实际给缓存中存取数据
引入 redis 的 starter，容器中保存的是 RedisCacheManager；
RedisCacheManager 帮我们创建 RedisCache 来作为缓存组件，RedisCache 通过操作 redis 缓存数据
默认保存数据 k-v 都是 Object。利用序列化保存，所以实体类需要继承 Serializable。它默认使用的是 RedisTemplate<Object, Object>，它是 jdk 默认的序列化机制

可以通过自定义 CacheManager，更改序列化机制：

/**
 * @Author : parzulpan
 * @Time : 2021-01
 * @Desc : 自定义 Redis 配置类
 */

@Configuration
public class CustomRedisConfig {

    // 使用 Jackson 序列化器，不使用默认的 JDK 的
    @Bean
    public RedisTemplate<Object, Employee> employeeRedisTemplate(RedisConnectionFactory rcf){
        RedisTemplate<Object, Employee> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(rcf);
        Jackson2JsonRedisSerializer<Employee> jrs = new Jackson2JsonRedisSerializer<>(Employee.class);
        template.setDefaultSerializer(jrs);
        return template;
    }

    // 自定义缓存管理器
    @Bean
    public RedisCacheManager employeeCacheManager(RedisTemplate<Object, Employee> employeeRedisTemplate) {
        RedisCacheManager redisCacheManager = new RedisCacheManager(employeeRedisTemplate);

        // 使用前缀，默认将 CacheName 作为 key 的前缀
        redisCacheManager.setUsePrefix(true);

        return redisCacheManager;
    }
}

使用示例：

/**
 * @Author : parzulpan
 * @Time : 2021-01
 * @Desc : 部门业务层
 */

@Service
public class DepartmentService {

    @Autowired
    DepartmentMapper departmentMapper;

    @Autowired
    RedisCacheManager departmentCacheManager;

    // 注解的方式
    @Cacheable(cacheNames = "dept", cacheManager = "departmentCacheManager")
    public Department getDeptById(Integer id) {
        return departmentMapper.getDeptById(id);
    }

    // api 调用的方式
    public Department getDeptById2(Integer id) {
        Department department = departmentMapper.getDeptById(id);

        // 获取某个缓存
        Cache dept = departmentCacheManager.getCache("dept");
        dept.put("dept2:" + id, department);

        return department;
    }
}

总之，相对于默认的 Cache，使用 Redis，需要多写如下的一个 Redis 配置类：

/**
 * @Author : parzulpan
 * @Time : 2021-01
 * @Desc : 自定义 Redis 配置类
 */

@Configuration
public class CustomRedisConfig {

    // 使用 Jackson 序列化器，不使用默认的 JDK 的
    @Bean
    public RedisTemplate<Object, Employee> employeeRedisTemplate(RedisConnectionFactory rcf){
        RedisTemplate<Object, Employee> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(rcf);
        Jackson2JsonRedisSerializer<Employee> jrs = new Jackson2JsonRedisSerializer<>(Employee.class);
        template.setDefaultSerializer(jrs);
        return template;
    }

    @Bean
    public RedisTemplate<Object, Department> departmentRedisTemplate(RedisConnectionFactory rcf){
        RedisTemplate<Object, Department> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(rcf);
        Jackson2JsonRedisSerializer<Department> jrs = new Jackson2JsonRedisSerializer<>(Department.class);
        template.setDefaultSerializer(jrs);
        return template;
    }

    // 自定义缓存管理器
    @Primary    // 将其作为默认的
    @Bean
    public RedisCacheManager employeeCacheManager(RedisTemplate<Object, Employee> employeeRedisTemplate) {
        RedisCacheManager redisCacheManager = new RedisCacheManager(employeeRedisTemplate);

        // 使用前缀，默认将 CacheName 作为 key 的前缀
        redisCacheManager.setUsePrefix(true);

        return redisCacheManager;
    }

    @Bean
    public RedisCacheManager departmentCacheManager(RedisTemplate<Object, Department> departmentRedisTemplate) {
        RedisCacheManager redisCacheManager = new RedisCacheManager(departmentRedisTemplate);

        // 使用前缀，默认将 CacheName 作为 key 的前缀
        redisCacheManager.setUsePrefix(true);

        return redisCacheManager;
    }
}

码农公寓

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重要概念及缓存注解

SpEL 表达式

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练习和总结

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