为什么要在 Java 分布式应用程序中使用缓存？

在提高应用程序速度和性能上，每一毫秒都很重要。根据谷歌的一项研究，假如一个网站在3秒钟或更短时间内没有加载成功，会有 53% 的手机用户会离开。

缓存是让分布式应用程序加速的重要技术之一。存储的信息越接近 CPU，访问速度就越快。从 CPU 缓存中加载数据比从 RAM 中加载要快得多，比从硬盘或网络上加载要快得多得多。

要存储经常访问的数据，分布式应用程序需要在多台机器中维护缓存。分布式缓存是降低分布式应用程序延迟、提高并发性和可伸缩性的一种重要策略。

Redis 是一种流行的开源内存数据存储，可用作数据库、缓存或消息代理。由于是从内存而非磁盘加载数据，Redis 比许多传统的数据库解决方案更快。

然而，对开发者来说让 Redis 分布式缓存正确工作是一个巨大挑战。例如，必须谨慎处理本地缓存失效，即替换或删除缓存条目。每次更新或删除存储计算机本地缓存中的信息时，必须更新分布式缓存系统所有计算机内存中的缓存。

好消息是，有一些类似 Redisson 这样的 Redis 框架，可以帮助构建应用程序所需的分布式缓存。下一节将讨论 Redisson 中分布式缓存的三个重要实现：Maps、Spring Cache 和 JCache。

1. Redisson 分布式缓存

Redisson 是一个基于 Redis 的框架，用 Java 实现了一个 Redis 包装器（wrapper）和接口。Redisson 包含许多常见的 Java 类，例如分布式对象、分布式服务、分布式锁和同步器，以及分布式集合。正如下面即将介绍的，其中一些接口同时支持分布式缓存和本地缓存。

2. Map

Map 是 Java 最有用的集合之一。Redisson 提供了一个名为 RMap 的 Java Map 实现，支持本地缓存。

如果希望执行多个读操作或网络环回（roundtrip），应使用支持本地缓存的 RMap。通过本地存储 Map 数据，RMap 比不启用本地缓存时快45倍。通用分布式缓存使用 RMapCache，本地缓存使用 RLocalCachedMap。

Redis 引擎自身能够执行缓存，不需要在客户端执行代码。然而，虽然本地缓存能显著提高读取速度，但需要由开发人员维护，并且可能需要一些开发工作。Redisson 为开发人员提供了 RLocalCachedMap 对象，让本地缓存实现起来更容易。

下面的代码展示了如何初始化 RMapCache 对象：

RMapCache<String, SomeObject> map = redisson.getMapCache("anyMap");
map.put("key1", new SomeObject(), 10, TimeUnit.MINUTES, 10, TimeUnit.SECONDS);

上面的代码将字符串 "key1" 放到 RMapCache 中，并与 SomeObject() 关联。然后它指定了两个参数，TTL设为10分钟、最大空闲时间10秒。

当不再需要时，应销毁 RMapCache 对象：

map.destroy();

Redisson 关闭后不用再做销毁操作。

3. Spring Cache

Spring 是一个用于构建企业级 Web 应用程序的 Java 框架，也提供了缓存支持。

Redisson 包含了 Spring 缓存功能，提供两个对象： RedissonSpringCacheManager 和 RedissonSpringLocalCachedCacheManager。 RedissonSpringLocalCachedCacheManager 支持本地缓存。

下面是一个 RedissonSpringLocalCachedCacheManager 对象的示例配置：

@Configuration
@ComponentScan
@EnableCaching
public static class Application {
    @Bean(destroyMethod="shutdown")
    RedissonClient redisson() throws IOException {
        Config config = new Config();
        config.useClusterServers()
                .addNodeAddress("127.0.0.1:7004", "127.0.0.1:7001");
        return Redisson.create(config);
    }
    @Bean
    CacheManager cacheManager(RedissonClient redissonClient) {
        Map<String, CacheConfig> config = new HashMap<String, CacheConfig>();
        // 新建 "testMap" 缓存：ttl=24分钟，maxIdleTime=12分钟
        config.put("testMap", new CacheConfig(24*60*1000, 12*60*1000));
        return new RedissonSpringCacheManager(redissonClient, config);
    }
}

此外，还可以读取 JSON 或 YAML 文件配置 RedissonSpringCacheManager。

与 RMaps 一样，每个 RedissonSpringCacheManager 实例都有两个重要参数: ttl（生存时间）和 maxIdleTime。如果这些参数设为0或者没有定义，那么数据将无限期地保留在缓存中。

4. JCache

JCache 是一个 Java 缓存 API，允许开发人员从缓存临时存储、检索、更新和删除对象。

Redisson 提供了 Redis 的 JCache API 实现。下面是在 Redisson 中使用默认配置调用 JCache API 的示例：

MutableConfiguration<String, String> config = new MutableConfiguration<>();
CacheManager manager = Caching.getCachingProvider().getCacheManager();
Cache<String, String> cache = manager.createCache("namedCache", config);

此外，还可以使用自定义配置文件、Redisson Config 对象或 Redisson RedissonClient 对象配置 JCache。例如，下面的代码使用自定义 Redisson 配置来调用 JCache：

MutableConfiguration<String, String> jcacheConfig = new MutableConfiguration<>();
Config redissonCfg = ...
Configuration<String, String> config = RedissonConfiguration.fromConfig(redissonCfg, jcacheConfig);
CacheManager manager = Caching.getCachingProvider().getCacheManager();
Cache<String, String> cache = manager.createCache("namedCache", config);

Redisson 的 JCache 实现已经通过 JCache TCK 的所有测试。你也可以自行验证。

让我们愉快地使用缓存吧！