深入理解 Spring Cache 的工作原理及集成其它第三方缓存

ops/2024/10/18 23:27:04/

目录

  • 1、Spring Cache 简介
  • 2、常用注解
    • 2.1、常用注解介绍
    • 2.2、常用注解的主要参数
  • 3、缓存注解上 SPEL 表达式可使用的元数据
  • 4、入门案例
    • 4.1、引入依赖
    • 4.2、开启缓存功能
    • 4.3、使用缓存
      • 4.3.1、新建一个 `UserServiceImpl`
      • 4.3.2、新建一个 `UserController`
  • 5、工作原理
    • 5.1、缓存自动配置类 CacheAutoConfiguration
    • 5.2、默认缓存管理器 ConcurrentMapCacheManager
    • 5.3、默认缓存 ConcurrentMapCache
    • 5.4、@CachePut 注解
    • 5.5、@Cacheable 注解
    • 5.6、key 的生成策略
  • 6、Spring Cache 集成其它第三方缓存
    • 6.1、集成 Ehcache
      • 6.1.1、引入依赖
      • 6.1.2、开启缓存功能【已开启】
      • 6.1.3、配置缓存管理器
      • 6.1.4、调用 Controller
    • 6.2、集成 Redis
      • 6.2.1、引入依赖
      • 6.2.2、添加配置
      • 6.2.3、调用 Controller

1、Spring Cache 简介

Spring 从 3.1 开始定义了 org.springframework.cache.Cache 和 org.springframework.cache.CacheManager 接口来统一不同的缓存技术

  • Cache：缓存接口，定义缓存操作。实现有：RedisCache、EhCacheCache、ConcurrentMapCache 等
  • CacheManager : 缓存管理器，管理各种缓存（Cache）组件
  • keyGenerator : 缓存数据时 key 生成策略
  • serialize: 缓存数据时 value 序列化策略

2、常用注解

2.1、常用注解介绍

cache 方面的注解主要有以下 5 个：

  1. @Cacheable【创建、查询缓存】：触发缓存入口（一般放在创建和获取的方法上，@Cacheable 注解会先查询是否已经有缓存。如果有，则直接从缓存中返回；如果没有，则会执行方法并返回结果缓存【返回方法返回 NULL，则不进行缓存】）
  2. @CachePut【更新缓存】：更新缓存且不影响方法执行（用于修改的方法上，该注解下的方法始终会被执行）
  3. @CacheEvict【删除缓存】：触发缓存的 eviction（用于删除的方法上）
  4. @Caching【组合缓存配置】：将多个缓存组合在一个方法上（该注解可以允许一个方法同时设置多个注解）
  5. @CacheConfig【类级别共享配置】：在类级别设置一些缓存相关的共同配置（与其它缓存配合使用），避免在每个缓存方法上重复配置相同的缓存属性

2.2、常用注解的主要参数

@Cacheable/@CachePut/@CacheEvict 注解上的主要参数：

参数名解释举例
value缓存的名称，必须至少指定一个@Cacheable(value = “cache”) 或 @Cacheable(value = {“cache1”, “cache2”})
key缓存的 key。可以为空。如果指定，需要按照 SPEL 表达式编写；否则，按照方法的所有参数组合@Cacheable(value = “cache”, key = “#id”)
condition缓存的条件，可以为空。使用 SPEL 表达式编写。只有为 true，才进行缓存/清除缓存；在调用方法之前、之后都能判断@Cacheable(value = “cache”, condition = “#userName.length() > 5”)
allEntries是否清空所有缓存。如果指定为 true，则调用完方法后立即清空所有缓存
beforeInvocation是否在方法执行前清空。如果指定为 true，则在方法执行前就清空缓存
unless用于否决缓存，只在方法执行之后判断。对返回值 result 进行判断，如果为 true，则不会缓存；否则，会缓存

3、缓存注解上 SPEL 表达式可使用的元数据

Spring Cache 提供了一些供我们使用的 SpEL 上下文数据，下表：

名称位置描述示例
methodNameroot 对象当前被调用的方法名#root.methodname
methodroot 对象当前被调用的方法#root.method.name
targetroot 对象当前被调用的目标对象实例#root.target
targetClassroot 对象当前被调用的目标对象的类#root.targetClass
argsroot 对象当前被调用的方法的参数列表#root.args[0]
cachesroot 对象当前方法调用使用的缓存列表#root.caches[0].name
Argument Name执行上下文当前被调用的方法的参数，如findArtisan(Artisan artisan),可以通过#artsian.id获得参数#artsian.id
result执行上下文方法执行后的返回值（仅当方法执行后的判断有效，如 unless cacheEvict的beforeInvocation=false）#result
  1. 当我们要使用root对象的属性作为key时我们也可以将“#root”省略，因为Spring默认使用的就是root对象的属性。如：@Cacheable(key = "targetClass + methodName +#p0")
  2. 使用方法参数时我们可以直接使用“#参数名”或者“#p参数index”。如：@Cacheable(value="userCache", key="#id")、@Cacheable(value="userCache", key="#p0")

SpEL 提供了多种运算符

类型运算符
关系<，>，<=，>=，==，!=，lt，gt，le，ge，eq，ne
算术+，- ，* ，/，%，^
逻辑&&，
条件?: (ternary)，?: (elvis)
正则表达式matches
其他类型?.，?[…]，![…]，1，$[…]

4、入门案例

4.1、引入依赖

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

4.2、开启缓存功能

开启缓存功能，需要先添加使能注解 @EnableCaching，通常习惯在启动类配置，否则缓存注解@Cacheable 等不起作用

4.3、使用缓存

4.3.1、新建一个 UserServiceImpl

java">@Slf4j
@Service
@CacheConfig(cacheNames = "userCache")
public class UserServiceImpl {// 模拟数据库数据private Map<Integer, User> userMap = new HashMap<>();@CachePut(key = "#user.id")public User add(User user) {log.info("add");userMap.put(user.getId(), user);return user;}@Cacheable(key = "#id")public User get(Integer id) {log.info("get");return userMap.get(id);}@CachePut(key = "#user.id")public User update(User user) {log.info("update");userMap.put(user.getId(), user);return user;}@CacheEvict(key = "#id")public void delete(Integer id) {log.info("delete");userMap.remove(id);}
}

4.3.2、新建一个 UserController

java">@RestController
public class UserController {@Autowiredprivate UserServiceImpl userServiceImpl;@PostMappingpublic String add(@RequestBody User user) {userServiceImpl.add(user);return "add";}@GetMapping("/{id}")public User get(@PathVariable Integer id) {User user = userServiceImpl.get(id);return user;}@PutMappingpublic String update(@RequestBody User user) {userServiceImpl.update(user);return "update";}@DeleteMapping("/{id}")public String delete(@PathVariable Integer id) {userServiceImpl.delete(id);return "delete";}}

5、工作原理

5.1、缓存自动配置类 CacheAutoConfiguration

分析运行流程，首先要先从自动配置类入手，缓存的自动配置类为 CacheAutoConfiguration，其中它在 @Import 中导入了 CacheAutoConfiguration.CacheConfigurationImportSelector.class

java">static class CacheConfigurationImportSelector implements ImportSelector {public String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata) {// 获取所有的缓存类型CacheType[] types = CacheType.values();String[] imports = new String[types.length];for(int i = 0; i < types.length; ++i) {// 根据缓存类型获取对应的配置类imports[i] = CacheConfigurations.getConfigurationClass(types[i]);}return imports;}
}

selectImports() 方法导入了所有的缓存配置类。因此，在返回值这里打上断点，查看结果如下：

在这里插入图片描述

那么，默认情况下是哪个配置类生效呢？在每一个配置类上都有对应的条件注解 @ConditionXxx()。

以 org.springframework.boot.autoconfigure.cache.GenericCacheConfiguration 为例：

java">@ConditionalOnBean({Cache.class})
@ConditionalOnMissingBean({CacheManager.class})
@Conditional({CacheCondition.class})
class GenericCacheConfiguration {//...
}

确保只有在存在 Cache Bean 且不存在 CacheManager Bean 的情况下，才会创建这个缓存管理器 SimpleCacheManager

为了在控制台上观察它的自动配置报告，现在 application.yml 全局配置文件中开启：

debug: true

运行主程序，打印控制台，发现只有一个 SimpleCacheConfiguration 匹配上。所以默认是它生效的：

在这里插入图片描述

而 SimpleCacheConfiguration 就是给容器中注册了一个 ConcurrentMapCacheManager 缓存管理器：

java">@ConditionalOnMissingBean({CacheManager.class})
@Conditional({CacheCondition.class})
class SimpleCacheConfiguration {@BeanConcurrentMapCacheManager cacheManager(CacheProperties cacheProperties, CacheManagerCustomizers cacheManagerCustomizers) {ConcurrentMapCacheManager cacheManager = new ConcurrentMapCacheManager();List<String> cacheNames = cacheProperties.getCacheNames();if (!cacheNames.isEmpty()) {cacheManager.setCacheNames(cacheNames);}return (ConcurrentMapCacheManager)cacheManagerCustomizers.customize(cacheManager);}
}

5.2、默认缓存管理器 ConcurrentMapCacheManager

getCache() 方法：根据 name 获取缓存 ConcurrentMapCache，如果为空，则创建；否则，直接返回

java">@Nullable
public Cache getCache(String name) {Cache cache = (Cache)this.cacheMap.get(name);if (cache == null && this.dynamic) {synchronized(this.cacheMap) {cache = (Cache)this.cacheMap.get(name);if (cache == null) {cache = this.createConcurrentMapCache(name);this.cacheMap.put(name, cache);}}}return cache;
}

5.3、默认缓存 ConcurrentMapCache

java">public class ConcurrentMapCache extends AbstractValueAdaptingCache {// 存数据private final ConcurrentMap<Object, Object> store;// 序列化@Nullableprivate final SerializationDelegate serialization;	// 根据 key 查找@Nullableprotected Object lookup(Object key) {return this.store.get(key);}// 添加public void put(Object key, @Nullable Object value) {this.store.put(key, this.toStoreValue(value));}// 删除public void evict(Object key) {this.store.remove(key);}//...
}

5.4、@CachePut 注解

@CachePut 注解流程：

  1. 先根据缓存名称获取缓存 Cache【ConcurrentMapCacheManager】，没有则创建。这里是 ConcurrentMapCache
  2. 调用 put() 方法存入缓存中【ConcurrentMapCache】，如果配置序列化，则将 value 先进行序列化

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

5.5、@Cacheable 注解

@Cacheable 注解流程：

  1. 先根据缓存名称获取缓存 Cache【ConcurrentMapCacheManager】，没有则创建。这里是 ConcurrentMapCache
  2. 调用 lookup() 方法从缓存中查询【ConcurrentMapCache】，如果查询到，则直接返回；否则，就调用目标方法，将目标方法返回的结果，放进缓存中

在这里插入图片描述

5.6、key 的生成策略

lookup() 方法的入参是 key。那这个 key 是如何来的呢？

通过断点信息查看，通过 CacheAspectSupport#generateKey() 方法生成的：

在这里插入图片描述

在它的方法中，是通过 keyGnerator 对象来制定 key 的生成策略：

在这里插入图片描述

默认情况是使用 SimpleKeyGenerator，

在这里插入图片描述

通过生成的 key 查找 cache，如果存在，则直接返回：

在这里插入图片描述

6、Spring Cache 集成其它第三方缓存

SpringBoot的内置缓存以及整合第三方缓存

6.1、集成 Ehcache

6.1.1、引入依赖

只需添加以下依赖（在原有的依赖基础上）：

<dependency><groupId>org.ehcache</groupId><artifactId>ehcache</artifactId><version>3.9.3</version>
</dependency>

6.1.2、开启缓存功能【已开启】

6.1.3、配置缓存管理器

java">@Configuration
public class EhCacheConfig {@Bean(name = "ehCacheManager")public CacheManager cacheManager() {// ①：设置内存存储位置和数量大小ResourcePools resourcePools = ResourcePoolsBuilder.newResourcePoolsBuilder()// 堆内存.heap(1000)// 堆外内存.offheap(10, MemoryUnit.MB)// 磁盘.disk(20,MemoryUnit.MB, true).build();// ②：设置生存时间ExpiryPolicy expiry = ExpiryPolicyBuilder.timeToIdleExpiration(Duration.ofMillis(1000));// ③：设置 CacheConfigurationCacheConfiguration userCache = CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(Integer.class, String.class, resourcePools).withExpiry(expiry).build();// ④：设置磁盘存储的位置CacheManagerBuilder<PersistentCacheManager> cacheManagerBuilder = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder().with(CacheManagerBuilder.persistence("D:/data/"));// ⑤：设置缓存名称cacheManagerBuilder = cacheManagerBuilder.withCache("userCache", userCache);// 初始化 CacheManagerreturn cacheManagerBuilder.build(true);}
}

6.1.4、调用 Controller

到这里，SpringBoot 整合 Ehcache 就做完了。可以发现一点，原始代码没有任何修改，仅仅是加了一组配置就可以变更缓存供应商了，这也是 SpringBoot 提供了统一的缓存操作接口的优势，变更实现并不影响原始代码的书写

6.2、集成 Redis

6.2.1、引入依赖

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

6.2.2、添加配置

spring:redis:host: 127.0.0.1port: 6379cache:redis:# 是否使用 key 前缀use-key-prefix: true# key 前缀key-prefix: "userCache:"# 是否缓存空值cache-null-values: true# 缓存过期时间，单位毫秒time-to-live: 3600000

6.2.3、调用 Controller

  1. … ↩︎


http://www.ppmy.cn/ops/122275.html

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