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摘要: 原创出处 http://www.iocoder.cn/Spring-Boot/Cache/ 「芋道源码」欢迎转载,保留摘要,谢谢!


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1. 概述

在系统访问量越来越大之后,往往最先出现瓶颈的往往是数据库。而为了减少数据库的压力,我们可以选择让产品砍掉消耗数据库性能的需求。当然,我们也可以选择如下方式优化:

艿艿:在这里,我们暂时不考虑优化数据库的硬件,索引等等手段。

  • 读写分离。通过将读操作分流到从节点,避免主节点压力过多。
  • 分库分表。通过将读写操作分摊到多个节点,避免单节点压力过多。
  • 缓存。相比数据库来说,缓存往往能够提供更快的读性能,减小数据库的压力。关于缓存和数据库的性能情况,可以看看如下两篇文章:

那么,在引入缓存之后,我们的读操作的代码,往往代码如下:

// UserService.java

@Autowired
private UserMapper userMapper; // 读取 DB

@Autowired
private UserCacheDao userCacheDao; // 读取 Cache

public UserDO getUser(Integer id) {
// 从 Cache 中,查询用户信息
UserDO user = userCacheDao.get(id);
if (user != null) {
return user;
}
// 如果 Cache 查询不到,从 DB 中读取
user = userMapper.selectById(id);
if (user != null) { // 非空,则缓存到 Cache 中
userCacheDao.put(user);
}
// 返回结果
return user;
}
  • 这段代码,是比较常用的缓存策略,俗称“被动写”。整体步骤如下:
    • 1)首先,从 Cache 中,读取用户缓存。如果存在,则直接返回。
    • 2)然后,从 DB 中,读取用户数据。如果存在,写入 Cache 中。
    • 3)最后,返回 DB 的查询结果。
  • 可能会有胖友说,这里没有考虑缓存击穿、缓存穿透、缓存并发写的情况。恩,是的,但是这并不在本文的内容范围。感兴趣的,可以看看我的男神超哥写的 《缓存穿透、缓存并发、缓存失效之思路变迁》 文章。嘿嘿~

虽然说,上述的代码已经挺简洁了,但是我们是热爱“偷懒”的开发者,必然需要寻找更优雅(偷懒)的方式。在 Spring 3.1 版本的时候,它发布了 Spring Cache 。关于它的介绍,如下:

FROM 《注释驱动的 Spring Cache 缓存介绍》

Spring 3.1 引入了激动人心的基于注释(annotation)的缓存(cache)技术,它本质上不是一个具体的缓存实现方案(例如 EHCache 或者 OSCache),而是一个对缓存使用的抽象,通过在既有代码中添加少量它定义的各种 annotation,即能够达到缓存方法的返回对象的效果。

Spring 的缓存技术还具备相当的灵活性,不仅能够使用 SpEL(Spring Expression Language)来定义缓存的 key 和各种 condition,还提供开箱即用的缓存临时存储方案,也支持和主流的专业缓存例如 EHCache 集成。

其特点总结如下:

  • 通过少量的配置 annotation 注释即可使得既有代码支持缓存
  • 支持开箱即用 Out-Of-The-Box,即不用安装和部署额外第三方组件即可使用缓存
  • 支持 Spring Express Language,能使用对象的任何属性或者方法来定义缓存的 key 和 condition
  • 支持 AspectJ,并通过其实现任何方法的缓存支持
  • 支持自定义 key 和自定义缓存管理者,具有相当的灵活性和扩展性
  • 介绍有点略长,胖友耐心看看噢。
  • 简单来说,我们可以像使用 @Transactional 声明式事务,使用 Spring Cache 提供的 @Cacheable 等注解,😈 声明式缓存。而在实现原理上,也是基于 Spring AOP 拦截,实现缓存相关的操作。

下面,我们使用 Spring Cache 将 #getUser(Integer id) 方法进行简化。代码如下:

// UserService.java
public UserDO getUser2(Integer id) {
return userMapper.selectById(id);
}

// UserMapper.java
@Cacheable(value = "users", key = "#id")
UserDO selectById(Integer id);
  • 在 UserService 的 #getUser2(Integer id) 方法上,我们直接调用 UserMapper ,从 DB 中查询数据。
  • 在 UserMapper 的 #selectById(Integer id) 方法上,有 @Cacheable 注解。Spring Cache 会拦截有 @Cacheable 注解的方法,实现“被动写”的逻辑。

是不是瞬间很清爽。下面,让我们开始愉快的入门吧。

2. 注解

在入门 Spring Cache 之前,我们先了解下其提供的所有注解:

  • @Cacheable
  • @CachePut
  • @CacheEvict
  • @CacheConfig
  • @Caching
  • @EnableCaching

2.1 @Cacheable

@Cacheable 注解,添加在方法上,缓存方法的执行结果。执行过程如下:

  • 1)首先,判断方法执行结果的缓存。如果有,则直接返回该缓存结果。
  • 2)然后,执行方法,获得方法结果。
  • 3)之后,根据是否满足缓存的条件。如果满足,则缓存方法结果到缓存。
  • 4)最后,返回方法结果。

@Cacheable 注解的常用属性,如下:

  • cacheNames 属性:缓存名。必填[] 数组,可以填写多个缓存名。
  • values 属性:和 cacheNames 属性相同,是它的别名。
  • key 属性:缓存的 key 。允许空。
    • 如果为空,则默认方法的所有参数进行组合。
    • 如果非空,则需要按照 SpEL(Spring Expression Language) 来配置。例如说,@Cacheable(value = "users", key = "#id") ,使用方法参数 id 的值作为缓存的 key 。
  • condition 属性:基于方法入参,判断要缓存的条件。允许空。
    • 如果为空,则不进行入参的判断。
    • 如果非空,则需要按照 SpEL(Spring Expression Language) 来配置。例如说,@Cacheable(condition="#id > 0") ,需要传入的 id 大于零。
  • unless 属性:基于方法返回,判断不缓存的条件。允许空。
    • 如果为空,则不进行入参的判断。
    • 如果非空,则需要按照 SpEL(Spring Expression Language) 来配置。例如说,@Cacheable(unless="#result == null") ,如果返回结果为 null ,则不进行缓存。
    • 要注意,conditionunless 都是条件属性,差别在于前者针对入参,后者针对结果。

@Cacheable 注解的不常用属性,如下:

  • keyGenerator 属性:自定义 key 生成器 KeyGenerator Bean 的名字。允许空。如果设置,则 key 失效。
  • cacheManager 属性:自定义缓存管理器 CacheManager Bean 的名字。允许空。一般不填写,除非有多个 CacheManager Bean 的情况下。
  • cacheResolver 属性:自定义缓存解析器 CacheResolver Bean 的名字。允许空。
  • sync 属性,在获得不到缓存的情况下,是否同步执行方法。
    • 默认为 false ,表示无需同步。
    • 如果设置为 true ,则执行方法时,会进行加锁,保证同一时刻,有且仅有一个方法在执行,其它线程阻塞等待。通过这样的方式,避免重复执行方法。注意,该功能的实现,需要参考第三方缓存的具体实现。

2.2 @CachePut

@CachePut 注解,添加在方法上,缓存方法的执行结果。不同于 @Cacheable 注解,它的执行过程如下:

  • 1)首先,执行方法,获得方法结果。也就是说,无论是否有缓存,都会执行方法
  • 2)然后,根据是否满足缓存的条件。如果满足,则缓存方法结果到缓存。
  • 3)最后,返回方法结果。

一般来说,使用方式如下:

  • @Cacheable:搭配操作,实现缓存的被动写。
  • @CachePut:配置操作,实现缓存的主动写。

@Cacheable 注解的属性,和 @Cacheable 注解的属性,基本一致,只少一个 sync 属性。

2.3 @CacheEvict

@CacheEvict 注解,添加在方法上,删除缓存。

相比 @CachePut 注解,它额外多了两个属性:

  • allEntries 属性,是否删除缓存名( cacheNames )下,所有 key 对应的缓存。默认为 false ,只删除指定 key 的缓存。
  • beforeInvocation 属性,是否在方法执行删除缓存。默认为 false ,在方法执行删除缓存。

2.4 @Caching

@Caching 注解,添加在方法上,可以组合使用多个 @Cacheable@CachePut@CacheEvict 注解。不太常用,可以暂时忽略。

2.5 @CacheConfig

@CacheConfig 注解,添加在类上,共享如下四个属性的配置:

  • cacheNames
  • keyGenerator
  • cacheManager
  • cacheResolver

2.6 @EnableCaching

@EnableCaching 注解,标记开启 Spring Cache 功能,所以一定要添加。代码如下:

// EnableCaching.java

boolean proxyTargetClass() default false;

AdviceMode mode() default AdviceMode.PROXY;

int order() default Ordered.LOWEST_PRECEDENCE;

3. Spring Boot 集成

在 Spring Boot 里,提供了 spring-boot-starter-cache 库,实现 Spring Cache 的自动化配置,通过 CacheAutoConfiguration 配置类。

在 Java 后端开发中,常见的缓存工具和框架列举如下:

  • 本地缓存:Guava LocalCache、Ehcache、Caffeine 。

    Ehcache 的功能更加丰富,Caffeine 的性能要比 Guava LocalCache 好。

  • 分布式缓存:Redis、Memcached、Tair 。

    Redis 最为主流和常用。

如果胖友想要了解本地缓存和分布式缓存的优缺点的对比,可以看看 《进程内缓存与分布式缓存的比较》 文章。

那么,在这些缓存方案当中,spring-boot-starter-cache 怎么知道使用哪种呢?在默认情况下,Spring Boot 会按照如下顺序,自动判断使用哪种缓存方案,创建对应的 CacheManager 缓存管理器。

// CacheConfigurations.java

private static final Map<CacheType, Class<?>> MAPPINGS;

static {
Map<CacheType, Class<?>> mappings = new EnumMap<>(CacheType.class);
mappings.put(CacheType.GENERIC, GenericCacheConfiguration.class);
mappings.put(CacheType.EHCACHE, EhCacheCacheConfiguration.class);
mappings.put(CacheType.HAZELCAST, HazelcastCacheConfiguration.class);
mappings.put(CacheType.INFINISPAN, InfinispanCacheConfiguration.class);
mappings.put(CacheType.JCACHE, JCacheCacheConfiguration.class);
mappings.put(CacheType.COUCHBASE, CouchbaseCacheConfiguration.class);
mappings.put(CacheType.REDIS, RedisCacheConfiguration.class);
mappings.put(CacheType.CAFFEINE, CaffeineCacheConfiguration.class);
mappings.put(CacheType.SIMPLE, SimpleCacheConfiguration.class);
mappings.put(CacheType.NONE, NoOpCacheConfiguration.class);
MAPPINGS = Collections.unmodifiableMap(mappings);
}

因为自动判断可能和我们希望使用的缓存方案不同,此时我们可以手动配置 spring.cache.type 指定类型。

考虑到目前最常使用的是 Ehcache 本地缓存,和 Redis 分布式缓存,所以我们分别在 「4. Ehcache 示例」「5. Redis 示例」 小节中,一起来遨游下。

4. Ehcache 示例

示例代码对应仓库:lab-21-cache-ehcache

可能有些胖友不了解 Ehcache ,所以引入用介绍如下,方便艿艿凑下篇幅:

EhCache 是一个纯 Java 的进程内缓存框架,具有快速、精干等特点,是 Hibernate 中默认的 CacheProvider 。

下图是 Ehcache 在应用程序中的位置:

主要的特性有:

  1. 快速.
  2. 简单.
  3. 多种缓存策略
  4. 缓存数据有两级:内存和磁盘,因此无需担心容量问题
  5. 缓存数据会在虚拟机重启的过程中写入磁盘
  6. 可以通过 RMI、可插入 API 等方式进行分布式缓存
  7. 具有缓存和缓存管理器的侦听接口
  8. 支持多缓存管理器实例,以及一个实例的多个缓存区域
  9. 提供 Hibernate 的缓存实现
  10. 等等

下面,让我们使用 Ehcache 作为 Spring Cache 的缓存方案,开始遨游~

4.1 引入依赖

pom.xml 文件中,引入相关依赖。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<parent>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
<version>2.1.3.RELEASE</version>
<relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>

<artifactId>lab-21-cache-ehcache</artifactId>

<dependencies>
<!-- 实现对数据库连接池的自动化配置 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId>
</dependency>
<dependency> <!-- 本示例,我们使用 MySQL -->
<groupId>mysql</groupId>
<artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
</dependency>

<!-- 实现对 MyBatis Plus 的自动化配置 -->
<dependency>
<groupId>com.baomidou</groupId>
<artifactId>mybatis-plus-boot-starter</artifactId>
<version>3.2.0</version>
</dependency>

<!-- 实现对 Caches 的自动化配置 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>

<!-- Ehcache 依赖 -->
<dependency>
<groupId>net.sf.ehcache</groupId>
<artifactId>ehcache</artifactId>
</dependency>

<!-- 方便等会写单元测试 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
</dependency>

</dependencies>

</project>

具体每个依赖的作用,胖友自己认真看下艿艿添加的所有注释噢。

4.2 应用配置文件

resources 目录下,创建 application.yaml 配置文件。配置如下:

spring:
# datasource 数据源配置内容
datasource:
url: jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/lab-21-cache-demo?useSSL=false&useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8
driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
username: root
password:
# cache 缓存配置内容
cache:
type: ehcache

# mybatis-plus 配置内容
mybatis-plus:
configuration:
map-underscore-to-camel-case: true # 虽然默认为 true ,但是还是显示去指定下。
global-config:
db-config:
id-type: auto # ID 主键自增
logic-delete-value: 1 # 逻辑已删除值(默认为 1)
logic-not-delete-value: 0 # 逻辑未删除值(默认为 0)
mapper-locations: classpath*:mapper/*.xml
type-aliases-package: cn.iocoder.springboot.lab21.cache.dataobject

# logging
logging:
level:
# dao 开启 debug 模式 mybatis 输入 sql
cn:
iocoder:
springboot:
lab21:
cache:
mapper: debug
  • spring.datasource 配置项下,设置数据源相关的配置。
  • spring.cache 配置项下,设置 Cache 相关的配置。
    • type 属性,设置 Cache 使用方案为 Ehcache 。
  • mybatis-plus 配置项下,设置 MyBatis-Plus 相关的配置。如果没有使用过 MyBatis-Plus 的胖友,不用慌,照着改就好。当然,也欢迎阅读 《芋道 Spring Boot MyBatis 入门》 文章。
  • logging 配置项,设置打印 SQL 日志,方便我们查看是否读取了 DB 。

4.3 Ehcache 配置文件

resources 目录下,创建 ehcache.xml 配置文件。配置如下:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<ehcache xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://ehcache.org/ehcache.xsd">

<!-- users 缓存 -->
<!-- name:缓存名 -->
<!-- maxElementsInMemory:最大缓存 key 数量 -->
<!-- timeToLiveSeconds:缓存过期时长,单位:秒 -->
<!-- memoryStoreEvictionPolicy:缓存淘汰策略 -->
<cache name="users"
maxElementsInMemory="1000"
timeToLiveSeconds="60"
memoryStoreEvictionPolicy="LRU"/> <!-- 缓存淘汰策略 -->

</ehcache>
  • 我们配置了一个名字为 users 的缓存。后续,我们会使用到。

4.4 Application

创建 Application.java 类,代码如下:

// Application.java

@SpringBootApplication
@EnableCaching
@MapperScan(basePackages = "cn.iocoder.springboot.lab21.cache.mapper")
public class Application {
}
  • 配置 @EnableCaching 注解,开启 Spring Cache 功能。
  • 配置 @MapperScan 注解,扫描对应 Mapper 接口所在的包路径。

4.5 UserDO

cn.iocoder.springboot.lab21.cache.dataobject 包路径下,创建 UserDO.java 类,用户 DO 。代码如下:

// UserDO.java
@TableName(value = "users")
public class UserDO {

/**
* 用户编号
*/
private Integer id;
/**
* 账号
*/
private String username;
/**
* 密码(明文)
*
* ps:生产环境下,千万不要明文噢
*/
private String password;
/**
* 创建时间
*/
private Date createTime;
/**
* 是否删除
*/
@TableLogic
private Integer deleted;

// ... 省略 setting/getting 方法

}

对应的创建表的 SQL 如下:

CREATE TABLE `users` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '用户编号',
`username` varchar(64) COLLATE utf8mb4_bin DEFAULT NULL COMMENT '账号',
`password` varchar(32) COLLATE utf8mb4_bin DEFAULT NULL COMMENT '密码',
`create_time` datetime DEFAULT NULL COMMENT '创建时间',
`deleted` bit(1) DEFAULT NULL COMMENT '是否删除。0-未删除;1-删除',
PRIMARY KEY (`id`),
UNIQUE KEY `idx_username` (`username`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=7 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin;

INSERT INTO `users`(`id`, `username`, `password`, `create_time`, `deleted`) VALUES (1, 'yudaoyuanma', 'buzhidao', now(), 0);

4.6 UserMapper

cn.iocoder.springboot.lab21.cache.mapper 包路径下,创建 UserMapper 接口。代码如下:

// UserMapper.java

@Repository
@CacheConfig(cacheNames = "users")
public interface UserMapper extends BaseMapper<UserDO> {

@Cacheable(key = "#id")
UserDO selectById(Integer id);

@CachePut(key = "#user.id")
default UserDO insert0(UserDO user) {
// 插入记录
this.insert(user);
// 返回用户
return user;
}

@CacheEvict(key = "#id")
int deleteById(Integer id);

}
  • 在类上,我们添加了 @CacheConfig(cacheNames = "users") 注解,统一配置该 UserMapper 使用的缓存名为 users
  • #selectById(Integer id) 方法,添加了 @Cacheable(key = "#id") 注解,优先读缓存。

  • #insert0(UserDO user) 方法,添加了 @CachePut(key = "#user.id") 注解,主动写缓存。

    注意,此处我们并没有使用 MyBatis-Plus 自带的插入方法,而是包装了一层,因为原插入方法返回的是 int 结果,无法进行缓存。

  • #deleteById(Integer id) 方法,添加了 @CacheEvict(key = "#id") 注解,删除缓存。

4.7 UserMapperTest

创建 UserMapperTest 测试类,我们来测试一下简单的 UserMapper 的每个操作。核心代码如下:

// UserMapperTest.java

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(classes = Application.class)
public class UserMapperTest {

private static final String CACHE_NAME_USER = "users";

@Autowired
private UserMapper userMapper;

@Autowired
private CacheManager cacheManager;

// ... 省略每个单元测试。
}

#testCacheManager()

// UserMapperTest.java

@Test
public void testCacheManager() {
System.out.println(cacheManager);
}
  • 目的,是查看 cacheManager 的类型。执行日志如下:

    org.springframework.cache.ehcache.EhCacheCacheManager@77134e08
    • 可以确认是 EhCache 对应的缓存管理器。

#testSelectById()

本测试用例,是为了演示 @Cacheable 注解的用途。

// UserMapperTest.java

@Test
public void testSelectById() {
// 这里,胖友事先插入一条 id = 1 的记录。
Integer id = 1;

// <1.1> 查询 id = 1 的记录
UserDO user = userMapper.selectById(id);
System.out.println("user:" + user);
// <1.2> 判断缓存中,是不是存在
Assert.assertNotNull("缓存为空", cacheManager.getCache(CACHE_NAME_USER).get(user.getId(), UserDO.class));

// <2> 查询 id = 1 的记录
user = userMapper.selectById(id);
System.out.println("user:" + user);
}
  • <1.1> 处,首次查询 id = 1 的记录。这里,我们是为了触发从 DB 中查询该记录,然后缓存起来。执行日志如下:

    2019-11-16 18:11:21.139 DEBUG 82760 --- [           main] c.i.s.l.c.mapper.UserMapper.selectById   : ==>  Preparing: SELECT id,password,deleted,create_time,username FROM users WHERE id=? AND deleted=0
    2019-11-16 18:11:21.162 DEBUG 82760 --- [ main] c.i.s.l.c.mapper.UserMapper.selectById : ==> Parameters: 1(Integer)
    2019-11-16 18:11:21.188 DEBUG 82760 --- [ main] c.i.s.l.c.mapper.UserMapper.selectById : <== Total: 1
    user:UserDO{id=1, username='yudaoyuanma', password='buzhidao', createTime=Fri Nov 15 07:05:48 CST 2019, deleted=0}
    • 这里,我们执行查询了一次 DB 。
  • <1.2> 处,我们从 CacheManager 中,查询该记录缓存,然后通过 Assert 断言该记录的缓存存在。

  • <2> 处,再次查询 id = 1 的记录。这里,我们不会从 DB 查询,直接走缓存返回即可。执行日志如下:

    user:UserDO{id=1, username='yudaoyuanma', password='buzhidao', createTime=Fri Nov 15 07:05:48 CST 2019, deleted=0}
    • 这里,我们只查询了一次 Cache 。

#testInsert()

本测试用例,是为了演示 @CachePut 注解的用途。

// UserMapperTest.java

@Test
public void testInsert() {
// <1> 插入记录
UserDO user = new UserDO();
user.setUsername(UUID.randomUUID().toString()); // 随机账号,因为唯一索引
user.setPassword("nicai");
user.setCreateTime(new Date());
user.setDeleted(0);
userMapper.insert0(user);

// <2> 判断缓存中,是不是存在
Assert.assertNotNull("缓存为空", cacheManager.getCache(CACHE_NAME_USER).get(user.getId(), UserDO.class));
}
  • <1> 处,插入一条 users 的记录。这里,我们是为了触发主动写入该记录到缓存中。
  • <2> 处,我们从 CacheManager 中,查询该记录缓存,然后通过 Assert 断言该记录的缓存存在。

#deleteById()

本测试用例,是为了演示 @CacheEvict 注解的用途。

// UserMapperTest.java

@Test
public void testDeleteById() {
// <1> 插入记录,为了让缓存里有记录
UserDO user = new UserDO();
user.setUsername(UUID.randomUUID().toString()); // 随机账号,因为唯一索引
user.setPassword("nicai");
user.setCreateTime(new Date());
user.setDeleted(0);
userMapper.insert0(user);
// <2> 判断缓存中,是不是存在
Assert.assertNotNull("缓存为空", cacheManager.getCache(CACHE_NAME_USER).get(user.getId(), UserDO.class));

// <3.1> 删除记录,为了让缓存被删除
userMapper.deleteById(user.getId());
// <3.2> 判断缓存中,是不是存在
Assert.assertNull("缓存不为空", cacheManager.getCache(CACHE_NAME_USER).get(user.getId(), UserDO.class));
}
  • <1><2> 处,和 #testInsert() 方法是一致的。此时,刚插入的一条 users 的记录在缓存中。
  • <3.1> 处,删除刚插入的那条 users 的记录。这里,我们是为了触发从 Cache 中删除该记录的。
  • <3.2> 处,我们从 CacheManager 中,查询该记录缓存,然后通过 Assert 断言该记录的缓存不存在。

5. Redis 示例

示例代码对应仓库:lab-21-cache-redis

本小节,我们的整体示例,和 「4. Ehcache」 是一致的。

5.1 引入依赖

pom.xml 文件中,引入相关依赖。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<parent>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
<version>2.1.3.RELEASE</version>
<relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>

<artifactId>lab-21-cache-redis</artifactId>

<dependencies>
<!-- 实现对数据库连接池的自动化配置 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId>
</dependency>
<dependency> <!-- 本示例,我们使用 MySQL -->
<groupId>mysql</groupId>
<artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
</dependency>

<!-- 实现对 MyBatis Plus 的自动化配置 -->
<dependency>
<groupId>com.baomidou</groupId>
<artifactId>mybatis-plus-boot-starter</artifactId>
<version>3.2.0</version>
</dependency>

<!-- 实现对 Caches 的自动化配置 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>

<!-- 实现对 Spring Data Redis 的自动化配置 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
<exclusions>
<!-- 去掉对 Lettuce 的依赖,因为 Spring Boot 优先使用 Lettuce 作为 Redis 客户端 -->
<exclusion>
<groupId>io.lettuce</groupId>
<artifactId>lettuce-core</artifactId>
</exclusion>
</exclusions>
</dependency>
<!-- 引入 Jedis 的依赖,这样 Spring Boot 实现对 Jedis 的自动化配置 -->
<dependency>
<groupId>redis.clients</groupId>
<artifactId>jedis</artifactId>
</dependency>

<!-- 方便等会写单元测试 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
</dependency>

</dependencies>

</project>

具体每个依赖的作用,胖友自己认真看下艿艿添加的所有注释噢。

Spring Data 使用 Redis 作为缓存的方案的时候,底层使用的是 Spring Data 提供的 RedisTemplate ,所以我们引入 spring-boot-starter-data-redis 依赖,实现对 RedisTemplate 的自动化配置。

5.2 应用配置文件

resources 目录下,创建 application.yaml 配置文件。配置如下:

spring:
# datasource 数据源配置内容
datasource:
url: jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/lab-21-cache-demo?useSSL=false&useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8
driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
username: root
password:
# 对应 RedisProperties 类
redis:
host: 127.0.0.1
port: 6379
password: # Redis 服务器密码,默认为空。生产中,一定要设置 Redis 密码!
database: 0 # Redis 数据库号,默认为 0 。
timeout: 0 # Redis 连接超时时间,单位:毫秒。
# 对应 RedisProperties.Jedis 内部类
jedis:
pool:
max-active: 8 # 连接池最大连接数,默认为 8 。使用负数表示没有限制。
max-idle: 8 # 默认连接数最小空闲的连接数,默认为 8 。使用负数表示没有限制。
min-idle: 0 # 默认连接池最小空闲的连接数,默认为 0 。允许设置 0 和 正数。
max-wait: -1 # 连接池最大阻塞等待时间,单位:毫秒。默认为 -1 ,表示不限制。
# cache 缓存配置内容
cache:
type: redis

# mybatis-plus 配置内容
mybatis-plus:
configuration:
map-underscore-to-camel-case: true # 虽然默认为 true ,但是还是显示去指定下。
global-config:
db-config:
id-type: auto # ID 主键自增
logic-delete-value: 1 # 逻辑已删除值(默认为 1)
logic-not-delete-value: 0 # 逻辑未删除值(默认为 0)
mapper-locations: classpath*:mapper/*.xml
type-aliases-package: cn.iocoder.springboot.lab21.cache.dataobject

# logging
logging:
level:
# dao 开启 debug 模式 mybatis 输入 sql
cn:
iocoder:
springboot:
lab21:
cache:
mapper: debug
  • spring.datasource 配置项下,设置数据源相关的配置。
  • spring.cache 配置项下,设置 Cache 相关的配置。
    • type 属性,设置 Cache 使用方案为 Redis 。
  • spring.redis 配置项下,设置 Spring Data Redis 相关的配置。如果没有使用过 Spring Data Redis 的胖友,不用慌,照着改就好。当然,也欢迎阅读 《芋道 Spring Boot Redis 入门》 文章。
  • mybatis-plus 配置项下,设置 MyBatis-Plus 相关的配置。如果没有使用过 MyBatis-Plus 的胖友,不用慌,照着改就好。当然,也欢迎阅读 《芋道 Spring Boot MyBatis 入门》 文章。
  • logging 配置项,设置打印 SQL 日志,方便我们查看是否读取了 DB 。

5.3 Application

「4.4 Application」 一致。

5.4 UserDO

「4.5 UserDO」 一致。差别在于,需要让 UserDO 实现 Serializable 接口。因为,我们需要将 UserDO 序列化后,才能存储到 Redis 中。

5.5 UserMapper

「4.6 UserMapper」 一致。

5.6 UserMapperTest

「4.7 UserMapperTest」 基本一致。为了结合 Redis 中的数据一起说,所以这里就再“重复”一遍。

创建 UserMapperTest 测试类,我们来测试一下简单的 UserMapper 的每个操作。核心代码如下:

// UserMapperTest.java

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(classes = Application.class)
public class UserMapperTest {

private static final String CACHE_NAME_USER = "users";

@Autowired
private UserMapper userMapper;

@Autowired
private CacheManager cacheManager;

// ... 省略每个单元测试。
}

#testCacheManager()

// UserMapperTest.java

@Test
public void testCacheManager() {
System.out.println(cacheManager);
}
  • 目的,是查看 cacheManager 的类型。执行日志如下:

    org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheManager@39ad12b6
    • 可以确认是 Redis 对应的缓存管理器。

艿艿:注意,每一轮的测试,都使用 FLUSHDB 指令,将 Redis 清空下。

#testSelectById()

本测试用例,是为了演示 @Cacheable 注解的用途。

// UserMapperTest.java

@Test
public void testSelectById() {
// 这里,胖友事先插入一条 id = 1 的记录。
Integer id = 1;

// <1.1> 查询 id = 1 的记录
UserDO user = userMapper.selectById(id);
System.out.println("user:" + user);
// <1.2> 判断缓存中,是不是存在
Assert.assertNotNull("缓存为空", cacheManager.getCache(CACHE_NAME_USER).get(user.getId(), UserDO.class));

// <2> 查询 id = 1 的记录
user = userMapper.selectById(id);
System.out.println("user:" + user);
}
  • <1.1> 处,首次查询 id = 1 的记录。这里,我们是为了触发从 DB 中查询该记录,然后缓存起来。执行日志如下:

    2019-11-16 21:26:42.206 DEBUG 84419 --- [           main] c.i.s.l.c.mapper.UserMapper.selectById   : ==>  Preparing: SELECT id,password,deleted,create_time,username FROM users WHERE id=? AND deleted=0
    2019-11-16 21:26:42.228 DEBUG 84419 --- [ main] c.i.s.l.c.mapper.UserMapper.selectById : ==> Parameters: 1(Integer)
    2019-11-16 21:26:42.302 DEBUG 84419 --- [ main] c.i.s.l.c.mapper.UserMapper.selectById : <== Total: 1
    user:UserDO{id=1, username='yudaoyuanma', password='buzhidao', createTime=Fri Nov 15 07:05:48 CST 2019, deleted=0}
    • 这里,我们执行查询了一次 DB 。
  • <1.2> 处,我们从 CacheManager 中,查询该记录缓存,然后通过 Assert 断言该记录的缓存存在。我们进入 Reids 命令行,查看下缓存情况。如下:

    # 使用 SCAN 指令,获得当前所有的 key 们
    127.0.0.1:6379> scan 0
    1) "0"
    2) 1) "users::1"

    # 使用 GET 指令,获得 `id = 1` 的缓存数据
    127.0.0.1:6379> get users::1
    "\xac\xed\x00\x05sr\x003cn.iocoder.springboot.lab21.cache.dataobject.UserDO.\xe5\xf8\xd67o\"x\x02\x00\x05L\x00\ncreateTimet\x00\x10Ljava/util/Date;L\x00\adeletedt\x00\x13Ljava/lang/Integer;L\x00\x02idq\x00~\x00\x02L\x00\bpasswordt\x00\x12Ljava/lang/String;L\x00\busernameq\x00~\x00\x03xpsr\x00\x0ejava.util.Datehj\x81\x01KYt\x19\x03\x00\x00xpw\b\x00\x00\x01nl*d\xe0xsr\x00\x11java.lang.Integer\x12\xe2\xa0\xa4\xf7\x81\x878\x02\x00\x01I\x00\x05valuexr\x00\x10java.lang.Number\x86\xac\x95\x1d\x0b\x94\xe0\x8b\x02\x00\x00xp\x00\x00\x00\x00sq\x00~\x00\a\x00\x00\x00\x01t\x00\bbuzhidaot\x00\x0byudaoyuanma"
    • 可以看到 users::1 这个 Redis key 。说明,RedisCacheManager 使用 ::cacheNameskey 作为分隔符后,拼接在一起。
    • users::1 对应的值,是一串“乱七八糟”的字符,是因为 RedisTemplate 默认使用 Java 序列化方式,所以看到的值才是这样的。实际在使用时,我们可以修改 RedisTemplate 的序列化方式为 JSON 的序列化方式。
  • <2> 处,再次查询 id = 1 的记录。这里,我们不会从 DB 查询,直接走缓存返回即可。执行日志如下:

    user:UserDO{id=1, username='yudaoyuanma', password='buzhidao', createTime=Fri Nov 15 07:05:48 CST 2019, deleted=0}
    • 这里,我们只查询了一次 Cache 。

#testInsert()

本测试用例,是为了演示 @CachePut 注解的用途。

// UserMapperTest.java

@Test
public void testInsert() {
// <1> 插入记录
UserDO user = new UserDO();
user.setUsername(UUID.randomUUID().toString()); // 随机账号,因为唯一索引
user.setPassword("nicai");
user.setCreateTime(new Date());
user.setDeleted(0);
userMapper.insert0(user);

// <2> 判断缓存中,是不是存在
Assert.assertNotNull("缓存为空", cacheManager.getCache(CACHE_NAME_USER).get(user.getId(), UserDO.class));
}
  • <1> 处,插入一条 users 的记录。这里,我们是为了触发主动写入该记录到缓存中。
  • <2> 处,我们从 CacheManager 中,查询该记录缓存,然后通过 Assert 断言该记录的缓存存在。我们进入 Reids 命令行,查看下缓存情况。如下:

    # 使用 SCAN 指令,获得当前所有的 key 们
    127.0.0.1:6379> scan 0
    1) "0"
    2) 1) "users::14"

    # 使用 GET 指令,获得 `id = 14` 的缓存数据
    127.0.0.1:6379> get users::14
    "\xac\xed\x00\x05sr\x003cn.iocoder.springboot.lab21.cache.dataobject.UserDO.\xe5\xf8\xd67o\"x\x02\x00\x05L\x00\ncreateTimet\x00\x10Ljava/util/Date;L\x00\adeletedt\x00\x13Ljava/lang/Integer;L\x00\x02idq\x00~\x00\x02L\x00\bpasswordt\x00\x12Ljava/lang/String;L\x00\busernameq\x00~\x00\x03xpsr\x00\x0ejava.util.Datehj\x81\x01KYt\x19\x03\x00\x00xpw\b\x00\x00\x01nj\x1e\xafLxsr\x00\x11java.lang.Integer\x12\xe2\xa0\xa4\xf7\x81\x878\x02\x00\x01I\x00\x05valuexr\x00\x10java.lang.Number\x86\xac\x95\x1d\x0b\x94\xe0\x8b\x02\x00\x00xp\x00\x00\x00\x00sq\x00~\x00\a\x00\x00\x00\x0et\x00\x05nicait\x00$acbed95f-668d-4d3e-a3aa-37dd05094db3"

#deleteById()

本测试用例,是为了演示 @CacheEvict 注解的用途。

// UserMapperTest.java

@Test
public void testDeleteById() {
// <1> 插入记录,为了让缓存里有记录
UserDO user = new UserDO();
user.setUsername(UUID.randomUUID().toString()); // 随机账号,因为唯一索引
user.setPassword("nicai");
user.setCreateTime(new Date());
user.setDeleted(0);
userMapper.insert0(user);
// <2> 判断缓存中,是不是存在
Assert.assertNotNull("缓存为空", cacheManager.getCache(CACHE_NAME_USER).get(user.getId(), UserDO.class));

// <3.1> 删除记录,为了让缓存被删除
userMapper.deleteById(user.getId());
// <3.2> 判断缓存中,是不是存在
Assert.assertNull("缓存不为空", cacheManager.getCache(CACHE_NAME_USER).get(user.getId(), UserDO.class));
}
  • <1><2> 处,和 #testInsert() 方法是一致的。此时,刚插入的一条 users 的记录在缓存中。
  • <3.1> 处,删除刚插入的那条 users 的记录。这里,我们是为了触发从 Cache 中删除该记录的。
  • <3.2> 处,我们从 CacheManager 中,查询该记录缓存,然后通过 Assert 断言该记录的缓存不存在。我们进入 Reids 命令行,查看下缓存情况。如下:

    # 使用 SCAN 指令,获得当前所有的 key 们。发现不存在任何 key ,说明该记录的缓存,已经被删除
    127.0.0.1:6379> scan 0
    1) "0"
    2) (empty list or set)

5.7 过期时间

在 Spring Data 使用 Redis 作为缓存方案时,默认情况下是永不过期的。

127.0.0.1:6379> ttl users::1
(integer) -1
  • 在 Redis 命令行中,我们可以看到 users::1 的过期时间为 -1 永不过期。

虽然说,我们可以通 spring.cache.redis.time-to-live 配置项,设置过期时间。但是,它是全局的统一的。这样在实际使用时,是无法满足我们希望不同的缓存,使用不同的过期时间。

不过我们如果翻看 RedisCacheManager 的源码,我们又会发现有个 initialCacheConfiguration 属性,又是支持每个缓存允许自定义配置。代码如下:

// RedisCacheManager.java

// 默认的全局配置
private final RedisCacheConfiguration defaultCacheConfig;

// 每个缓存的自定义配置
private final Map<String, RedisCacheConfiguration> initialCacheConfiguration;

所以,我们可以参考 《SpringBoot 2.0 的 @Cacheable(Redis) 缓存失效时间解决方案》 文章,自定义一个 CacheManager Bean 对象。当然,更加系统的解决方式,是按照这个文章的思路,实现一个新的支持使用配置文件自定义每个缓存配置的 RedisCacheConfiguration 自动化配置类。

当然,还有一个解决方案,就是使用 Redisson 提供的缓存管理器。具体可以看看 《Redisson 文档 —— Spring Cache整合》

666. 彩蛋

快乐的时光,总是这么短暂。😈 我们已经成功完成了对 Spring Boot 如何集成 Spring Cache 的入门。下面还是进入我们的日常彩蛋环节。

Guava 也提供了本地缓存的功能,但是 spring-boot-starter-cache 2.X 的版本,并未提供对它的内置支持。原因我们可以在 Why did Spring framework deprecate the use of Guava cache? 看到,Spring 5.X 版本,从 Guava 替换成了 Caffeine 。如果胖友使用的是 Spring Boot 1.X 的版本,倒是可以看看 《Spring Boot + Guava Cache + @EnableCaching》 文章。

在推荐两篇大厂在缓存方面的实践:

除了 Spring Cache 缓存框架之外,我们也可以考虑如下的解决方案:

推荐阅读:

文章目录
  1. 1. 1. 概述
  2. 2. 2. 注解
    1. 2.1. 2.1 @Cacheable
    2. 2.2. 2.2 @CachePut
    3. 2.3. 2.3 @CacheEvict
    4. 2.4. 2.4 @Caching
    5. 2.5. 2.5 @CacheConfig
    6. 2.6. 2.6 @EnableCaching
  3. 3. 3. Spring Boot 集成
  4. 4. 4. Ehcache 示例
    1. 4.1. 4.1 引入依赖
    2. 4.2. 4.2 应用配置文件
    3. 4.3. 4.3 Ehcache 配置文件
    4. 4.4. 4.4 Application
    5. 4.5. 4.5 UserDO
    6. 4.6. 4.6 UserMapper
    7. 4.7. 4.7 UserMapperTest
  5. 5. 5. Redis 示例
    1. 5.1. 5.1 引入依赖
    2. 5.2. 5.2 应用配置文件
    3. 5.3. 5.3 Application
    4. 5.4. 5.4 UserDO
    5. 5.5. 5.5 UserMapper
    6. 5.6. 5.6 UserMapperTest
    7. 5.7. 5.7 过期时间
  6. 6. 666. 彩蛋