如何正確使用SpringBoot項(xiàng)目中緩存Cache

前言

緩存可以通過將經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，減少底層數(shù)據(jù)源如數(shù)據(jù)庫的壓力，從而有效提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。我想大家的項(xiàng)目中或多或少都有使用過，我們項(xiàng)目也不例外，但是最近在review公司的代碼的時(shí)候?qū)懙暮艽狼襩ow, 大致寫法如下：

public User getById(String id) {
 User user = cache.getUser();
    if(user != null) {
        return user;
    }
    // 從數(shù)據(jù)庫獲取
    user = loadFromDB(id);
    cahce.put(id, user);
 return user;
}

其實(shí)Spring Boot 提供了強(qiáng)大的緩存抽象，可以輕松地向您的應(yīng)用程序添加緩存。本文就講講如何使用 Spring 提供的不同緩存注解實(shí)現(xiàn)緩存的最佳實(shí)踐。

啟用緩存@EnableCaching

現(xiàn)在大部分項(xiàng)目都是是SpringBoot項(xiàng)目，我們可以在啟動(dòng)類添加注解@EnableCaching來開啟緩存功能。

@SpringBootApplication
@EnableCaching
public class SpringCacheApp {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Cache.class, args);
    }
}

既然要能使用緩存，就需要有一個(gè)緩存管理器Bean，默認(rèn)情況下，@EnableCaching 將注冊(cè)一個(gè)ConcurrentMapCacheManager的Bean，不需要單獨(dú)的 bean 聲明。ConcurrentMapCacheManager將值存儲(chǔ)在ConcurrentHashMap的實(shí)例中，這是緩存機(jī)制的最簡(jiǎn)單的線程安全實(shí)現(xiàn)。

自定義緩存管理器

默認(rèn)的緩存管理器并不能滿足需求，因?yàn)樗谴鎯?chǔ)在jvm內(nèi)存中的，那么如何存儲(chǔ)到redis中呢？這時(shí)候需要添加自定義的緩存管理器。

1. 添加依賴

<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot<span class="hljs-name"groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-data-redis<span class="hljs-name"artifactId>
<span class="hljs-name"dependency>

2. 配置Redis緩存管理器

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {

    @Bean
    public RedisConnectionFactory redisConnectionFactory() {
        return new LettuceConnectionFactory();
    }

    @Bean
    public CacheManager cacheManager() {
        RedisCacheConfiguration redisCacheConfiguration = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig()
            .disableCachingNullValues()
            .serializeValuesWith(SerializationPair.fromSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer()));

        RedisCacheManager redisCacheManager = RedisCacheManager.builder(redisConnectionFactory())
            .cacheDefaults(redisCacheConfiguration)
            .build();

        return redisCacheManager;
    }
}

現(xiàn)在有了緩存管理器以后，我們?nèi)绾卧跇I(yè)務(wù)層面操作緩存呢？

我們可以使用@Cacheable、@CachePut 或@CacheEvict 注解來操作緩存了。

@Cacheable

該注解可以將方法運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行緩存，在緩存時(shí)效內(nèi)再次調(diào)用該方法時(shí)不會(huì)調(diào)用方法本身，而是直接從緩存獲取結(jié)果并返回給調(diào)用方。

例子1：緩存數(shù)據(jù)庫查詢的結(jié)果。

@Service
public class MyService {

    @Autowired
    private MyRepository repository;

    @Cacheable(value = "myCache", key = "#id")
    public MyEntity getEntityById(Long id) {
        return repository.findById(id).orElse(null);
    }
}

在此示例中，@Cacheable 注解用于緩存 getEntityById()方法的結(jié)果，該方法根據(jù)其 ID 從數(shù)據(jù)庫中檢索 MyEntity 對(duì)象。

但是如果我們更新數(shù)據(jù)呢？舊數(shù)據(jù)仍然在緩存中？

@CachePut

然后@CachePut 出來了, 與 @Cacheable 注解不同的是使用 @CachePut 注解標(biāo)注的方法，在執(zhí)行前不會(huì)去檢查緩存中是否存在之前執(zhí)行過的結(jié)果，而是每次都會(huì)執(zhí)行該方法，并將執(zhí)行結(jié)果以鍵值對(duì)的形式寫入指定的緩存中。@CachePut 注解一般用于更新緩存數(shù)據(jù)，相當(dāng)于緩存使用的是寫模式中的雙寫模式。

@Service
public class MyService {

    @Autowired
    private MyRepository repository;

    @CachePut(value = "myCache", key = "#entity.id")
    public void saveEntity(MyEntity entity) {
        repository.save(entity);
    }
}

@CacheEvict

標(biāo)注了 @CacheEvict 注解的方法在被調(diào)用時(shí)，會(huì)從緩存中移除已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。@CacheEvict 注解一般用于刪除緩存數(shù)據(jù)，相當(dāng)于緩存使用的是寫模式中的失效模式。

@Service
public class MyService {

    @Autowired
    private MyRepository repository;

     @CacheEvict(value = "myCache", key = "#id")
    public void deleteEntityById(Long id) {
        repository.deleteById(id);
    }
}

@Caching

@Caching 注解用于在一個(gè)方法或者類上，同時(shí)指定多個(gè) Spring Cache 相關(guān)的注解。

例子1：@Caching注解中的evict屬性指定在調(diào)用方法 saveEntity 時(shí)失效兩個(gè)緩存。

@Service
public class MyService {

    @Autowired
    private MyRepository repository;

    @Cacheable(value = "myCache", key = "#id")
    public MyEntity getEntityById(Long id) {
        return repository.findById(id).orElse(null);
    }

    @Caching(evict = {
        @CacheEvict(value = "myCache", key = "#entity.id"),
        @CacheEvict(value = "otherCache", key = "#entity.id")
    })
    public void saveEntity(MyEntity entity) {
        repository.save(entity);
    }

}

例子2：調(diào)用getEntityById方法時(shí)，Spring會(huì)先檢查結(jié)果是否已經(jīng)緩存在myCache緩存中。如果是，Spring 將返回緩存的結(jié)果而不是執(zhí)行該方法。如果結(jié)果尚未緩存，Spring 將執(zhí)行該方法并將結(jié)果緩存在 myCache 緩存中。方法執(zhí)行后，Spring會(huì)根據(jù)@CacheEvict注解從otherCache緩存中移除緩存結(jié)果。

@Service
public class MyService {

    @Caching(
        cacheable = {
            @Cacheable(value = "myCache", key = "#id")
        },
        evict = {
            @CacheEvict(value = "otherCache", key = "#id")
        }
    )
    public MyEntity getEntityById(Long id) {
        return repository.findById(id).orElse(null);
    }

}

例子3：當(dāng)調(diào)用saveData方法時(shí)，Spring會(huì)根據(jù)@CacheEvict注解先從otherCache緩存中移除數(shù)據(jù)。然后，Spring 將執(zhí)行該方法并將結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫或外部 API。

方法執(zhí)行后，Spring 會(huì)根據(jù)@CachePut注解將結(jié)果添加到 myCache、myOtherCache 和 myThirdCache 緩存中。Spring 還將根據(jù)@Cacheable注解檢查結(jié)果是否已緩存在 myFourthCache 和 myFifthCache 緩存中。如果結(jié)果尚未緩存，Spring 會(huì)將結(jié)果緩存在適當(dāng)?shù)木彺嬷?。如果結(jié)果已經(jīng)被緩存，Spring 將返回緩存的結(jié)果，而不是再次執(zhí)行該方法。

@Service
public class MyService {

    @Caching(
        put = {
            @CachePut(value = "myCache", key = "#result.id"),
            @CachePut(value = "myOtherCache", key = "#result.id"),
            @CachePut(value = "myThirdCache", key = "#result.name")
        },
        evict = {
            @CacheEvict(value = "otherCache", key = "#id")
        },
        cacheable = {
            @Cacheable(value = "myFourthCache", key = "#id"),
            @Cacheable(value = "myFifthCache", key = "#result.id")
        }
    )
    public MyEntity saveData(Long id, String name) {
        // Code to save data to a database or external API
        MyEntity entity = new MyEntity(id, name);
        return entity;
    }

}

@CacheConfig

通過@CacheConfig 注解，我們可以將一些緩存配置簡(jiǎn)化到類級(jí)別的一個(gè)地方，這樣我們就不必多次聲明相關(guān)值：

@CacheConfig(cacheNames={"myCache"})
@Service
public class MyService {

    @Autowired
    private MyRepository repository;

    @Cacheable(key = "#id")
    public MyEntity getEntityById(Long id) {
        return repository.findById(id).orElse(null);
    }

    @CachePut(key = "#entity.id")
    public void saveEntity(MyEntity entity) {
        repository.save(entity);
    }

    @CacheEvict(key = "#id")
    public void deleteEntityById(Long id) {
        repository.deleteById(id);
    }
}

Condition & Unless

• condition作用：指定緩存的條件（滿足什么條件才緩存），可用 SpEL 表達(dá)式（如 #id>0，表示當(dāng)入?yún)?id 大于 0 時(shí)才緩存）
• unless作用 : 否定緩存，即滿足 unless 指定的條件時(shí)，方法的結(jié)果不進(jìn)行緩存，使用 unless 時(shí)可以在調(diào)用的方法獲取到結(jié)果之后再進(jìn)行判斷（如 #result == null，表示如果結(jié)果為 null 時(shí)不緩存）

//when id >10, the @CachePut works. 
@CachePut(key = "#entity.id", condition="#entity.id > 10")
public void saveEntity(MyEntity entity) {
 repository.save(entity);
}


//when result != null, the @CachePut works.
@CachePut(key = "#id", condition="#result == null")
public void saveEntity1(MyEntity entity) {
 repository.save(entity);
}

清理全部緩存

通過allEntries、beforeInvocation屬性可以來清除全部緩存數(shù)據(jù)，不過allEntries是方法調(diào)用后清理，beforeInvocation是方法調(diào)用前清理。

//方法調(diào)用完成之后，清理所有緩存
@CacheEvict(value="myCache",allEntries=true)
public void delectAll() {
    repository.deleteAll();
}

//方法調(diào)用之前，清除所有緩存
@CacheEvict(value="myCache",beforeInvocation=true)
public void delectAll() {
    repository.deleteAll();
}

SpEL表達(dá)式

Spring Cache注解中頻繁用到SpEL表達(dá)式，那么具體如何使用呢？

SpEL 表達(dá)式的語法

Spring Cache可用的變量

最佳實(shí)踐

通過Spring緩存注解可以快速優(yōu)雅地在我們項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)緩存的操作，但是在雙寫模式或者失效模式下，可能會(huì)出現(xiàn)緩存數(shù)據(jù)一致性問題（讀取到臟數(shù)據(jù)），Spring Cache 暫時(shí)沒辦法解決。最后我們?cè)倏偨Y(jié)下Spring Cache使用的一些最佳實(shí)踐。

• 只緩存經(jīng)常讀取的數(shù)據(jù)：緩存可以顯著提高性能，但只緩存經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)很重要。很少或從不訪問的緩存數(shù)據(jù)會(huì)占用寶貴的內(nèi)存資源，從而導(dǎo)致性能問題。
• 根據(jù)應(yīng)用程序的特定需求選擇合適的緩存提供程序和策略。SpringBoot 支持多種緩存提供程序，包括 Ehcache、Hazelcast 和 Redis。
• 使用緩存時(shí)請(qǐng)注意潛在的線程安全問題。對(duì)緩存的并發(fā)訪問可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或不正確，因此選擇線程安全的緩存提供程序并在必要時(shí)使用適當(dāng)?shù)耐綑C(jī)制非常重要。
• 避免過度緩存。緩存對(duì)于提高性能很有用，但過多的緩存實(shí)際上會(huì)消耗寶貴的內(nèi)存資源，從而損害性能。在緩存頻繁使用的數(shù)據(jù)和允許垃圾收集不常用的數(shù)據(jù)之間取得平衡很重要。
• 使用適當(dāng)?shù)木彺嬷鸪霾呗?。使用緩存時(shí)，重要的是定義適當(dāng)?shù)木彺嬷鸪霾呗砸源_保在必要時(shí)從緩存中刪除舊的或陳舊的數(shù)據(jù)。
• 使用適當(dāng)?shù)木彺骀I設(shè)計(jì)。緩存鍵對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都應(yīng)該是唯一的，并且應(yīng)該考慮可能影響緩存數(shù)據(jù)的任何相關(guān)參數(shù)，例如用戶 ID、時(shí)間或位置。
• 常規(guī)數(shù)據(jù)（讀多寫少、即時(shí)性與一致性要求不高的數(shù)據(jù)）完全可以使用 Spring Cache，至于寫模式下緩存數(shù)據(jù)一致性問題的解決，只要緩存數(shù)據(jù)有設(shè)置過期時(shí)間就足夠了。
• 特殊數(shù)據(jù)（讀多寫多、即時(shí)性與一致性要求非常高的數(shù)據(jù)），不能使用 Spring Cache，建議考慮特殊的設(shè)計(jì)（例如使用 Cancal 中間件等）。