Spring Cache

Posted on 2022-03-21 Edited on 2024-10-28 In Software Engineering Views:

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Basic Idea
启用Spring缓存支持
提供缓存管理器
应用缓存

ref: Spring In Action

Basic Idea

缓存实际上是一种面向切面的行为。Spring将缓存实现为一个切面。

在使用XML声明缓存规则时,这一点非常明显:我们必须要将缓存通知绑定到一个切点上

缓存编程步骤：

启用Spring缓存支持（java方式）：提供缓存配置类，加上@EnableCaching
提供缓存管理器：给配置类提供一个CacheManager`
应用缓存：给需要缓存的方法加上对应的注解

启用Spring缓存支持

Spring启用缓存支持有两种方式:

注解驱动的缓存：在一个配置类上添加 @EnableCaching

import org.springframework.cache.CacheManager;
import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;
import org.springframework.cache.concurrent.ConcurrentMapCacheManager;

@Configuration
@EnableCaching
public class CachingConfig {
      @Bean
    public CacheManager cacheManager() {
        return new ConcurrentMapCacheManager(); //这里还声明了一个ConcurrentMapCacheManager的Bean
    }
    
}

当你在配置类(@Configuration)上使用@EnableCaching注解时，会触发一个post processor，这会扫描每一个spring bean，查看是否已经存在注解对应的缓存。如果找到了，就会自动创建一个代理拦截方法调用，使用缓存的bean执行处理。. 参见.

XML声明的缓存：用Spring cache命名空间中的<cache:annotation-driven>元素来启用注解驱动的缓存

<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xmlns:cache="http://www.springframework.org/schema/cache"
    xsi:schemaLocation="
        http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
        http://www.springframework.org/schema/cache http://www.springframework.org/schema/cache/spring-cache.xsd">

        <cache:annotation-driven />

</beans>

本质上,@EnableCaching和<cache:annotation-driven>的工作方式是相同的。它们都会创建一个切面(aspect)并触发Spring缓存注解的切点(pointcut)

配置CacheManager

Spring 内置的缓存管理器：

SimpleCacheManager
NoOpCacheManager
ConcurrentMapCacheManager
CompositeCacheManager
EhCacheCacheManager

Spring Data的缓存管理器：

RedisCacheManager(来自于Spring Data Redis项目)
GemfireCacheManager

EhCache

对比Redis, 跑在同一个进程上，速度更快

import net.sf.ehcache.CacheManager; //ehcache提供的CacheManager
import org.springframework.cache.ehcache.EhCacheCacheManager;//Spring提供的EhCacheCacheManager
import org.springframework.cache.ehcache.EhCacheManagerFactoryBean;


@Configuration
@EnableCaching
public class CachingConfig {
//      @Bean
//    public CacheManager cacheManager() {
//        return new ConcurrentMapCacheManager();
//    }

  @Bean
  //将ehCache提供的CacheManager注入到Spring的EhCacheManager
  public EhCacheCacheManager cacheManager(CacheManager cm) {
    return new EhCacheCacheManager(cm);
  }

  @Bean //这是个工厂Bean, 用来生成 Ehcache的CacheManager实例 ，后者被注入到cacheManager（Cacaemanager cm）
  public EhCacheManagerFactoryBean ehcache() {
    EhCacheManagerFactoryBean ehCacheFactoryBean =
        new EhCacheManagerFactoryBean();
    ehCacheFactoryBean.setConfigLocation(
        new ClassPathResource("spittr/cache/ehcache.xml"));
    return ehCacheFactoryBean;
  }

cacheManager()方法通过传入Ehcache的CacheManager实例，创建了一个EhCacheCacheManager实例
- Spring和ehcache都定义了CacheManager类型，我们需要将 ehcache的CacheManager注入到Spring的EhCacheCacheManager
- Spring提供了EhCacheManagerFactoryBean来生成EhCache的CacheManager。方法ehcache()会创建并返回一EhCacheManagerFactoryBean实例。因为它是一个工厂bean(即实现了Spring的FactoryBean接口),所以注册在Spring应用上下文中的并不是EhCacheManagerFactoryBean的实例,而是Ehcache的CacheManager的实例, 后者被注入到EhCacheCacheManager之中
EhCache自身也需要配置（通过XML），我们在创建EhCacheManagerFactoryBean的过程中, 通过setConfigLocation()方法,传入ClassPath-Resource,来指定EhCache XML配置文件相对于根类路径(classpath)的位置。

ehCache配置文件

ehCache官方文档

<ehcache>
  <cache name="spittleCache" //声明了一个名为spittleCache的缓存
          maxBytesLocalHeap="50m" //最大的堆存储为50MB
          timeToLiveSeconds="100"> // 存活时间为100秒
  </cache>
</ehcache>

Redis

优点：

对比EhCache，可以实现跨进程的缓存
缓存的条目是键值对,其中key描述了产生value的操作和参数。因此, Redis作为key-value存储,非常适合存储缓存

Spring Data Redis提供了RedisCacheManager, 它与一个Redis Server协作,并通过RedisTemplate将缓存条目存储到Redis中

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {

    @Bean
    public CacheManager cacheManager(RedisTemplate redisTemplate) {
        return new RedisCacheManager(redisTemplate); //Redis缓存管理器Bean
    }

    @Bean //Redis连接工厂Bean， 这也是一个工厂Bean
    public RedisConnectionFactory redisCF() {
        return new JedisConnectionFactory(); //这里的工厂Bean的底层实现用的是JedisConnectionFactory
    }

    @Bean //Redis Template Bean
    public RedisTemplate<String, String> redisTemplate(RedisConnectionFactory cf) {
        RedisTemplate<String, String> redis = new RedisTemplate<>();
        redis.setConnectionFactory(cf);
        return redis;
    }
}

cacheManager()方法通过传入RedisTemplate实例，创建了一个RedisCacheManager实例
为了使用RedisCacheManager,我们需要RedisTemplate及RedisConnection Bean, 这同样用工厂Bean实现

使用多个缓存管理器

可以用Spring的CompositeCacheManager

@Bean
public CacheManager cacheManager(net.sf.ehcache.CacheManager cm, 
		RedisTemplate<String, Object> redisTemplate) {
	
	CompositeCacheManager compositeCacheManager = new CompositeCacheManager();
	List<CacheManager> managers = new ArrayList<CacheManager>();
	managers.add(new EhCacheCacheManager(cm));
	managers.add(new RedisCacheManager(redisTemplate));
	compositeCacheManager.setCacheManagers(managers);//添加缓存管理器，按添加顺序查找，没找到再往下找
	return compositeCacheManager;
}

会从EhCacheCacheManager检查Ehcache, 然后从RedisCacheManager检查Redis

应用缓存

这里主要介绍用注解配置缓存

@Cacheable

@Cacheable( cache_name )

方法的结果会被存到指定的缓存中，下次采用相同的参数进行方法调用时，会使用缓存中的结果例如：

1 2	@Cacheable("spittleCache") Spittle findOne(long id);@Cacheable("books")

当findOne()被调用时,缓存切面会拦截调用并在缓存中查找之前以名spittleCache存储的返回值。缓存的key是传递到findOne()方法中的id参数。如果按照这个key能够找到值的话, 就会返回找到的值,方法不会再被调用。如果没有找到值的话,那么就会调用这个方法,并将返回值放到缓存之中,为下一次调用findOne()方法做好准备

可以加到接口的方法上，这会导致所有实现该接口的类的对应方法都应用该注解

默认key生成： 默认key的生成按照以下规则： - 如果没有参数,则使用0作为key - 如果只有一个参数，使用该参数作为key - 如果又多个参数，使用包含所有参数的hashCode作为key

自定义key的生成： 当目标方法参数有多个时，有些参数并不适合缓存逻辑比如：

1 2	@Cacheable("books") public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)

其中checkWarehouse，includeUsed并不适合当做缓存的key.针对这种情况，Cacheable 允许指定生成key的关键属性，并且支持支持SpringEL表达式。（推荐方法）再看一些例子：

@Cacheable(cacheNames="books", key="#isbn")
public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)

@Cacheable(cacheNames="books", key="#isbn.rawNumber")
public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)

@Cacheable(cacheNames="books", key="T(someType).hash(#isbn)")
public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)

@Cacheable(cacheNames="books", key="#map['bookid'].toString()")
public Book findBook(Map<String, Object> map)

缓存的同步 sync： 在多线程环境下，某些操作可能使用相同参数同步调用。默认情况下，缓存不锁定任何资源，可能导致多次计算，而违反了缓存的目的。对于这些特定的情况，属性 sync 可以指示底层将缓存锁住，使只有一个线程可以进入计算，而其他线程堵塞，直到返回结果更新到缓存中。例：

1 2	@Cacheable(cacheNames="foos", sync="true") public Foo executeExpensiveOperation(String id) {...}

属性condition： 有时候，一个方法可能不适合一直缓存（例如：可能依赖于给定的参数）。属性condition支持这种功能，通过SpEL 表达式来指定可求值的boolean值，为true才会缓存（在方法执行之前进行评估）。例：

1 2	@Cacheable(cacheNames="book", condition="#name.length < 32") public Book findBook(String name)

此外，还有一个unless 属性可以用来是决定是否添加到缓存。与condition不同的是，unless表达式是在方法调用之后进行评估的。如果返回false，才放入缓存（与condition相反）。 #result指返回值例：

1 2	@Cacheable(cacheNames="book", condition="#name.length < 32", unless="#result.name.length > 5"") public Book findBook(String name)

@CachePut

@CachePut标注的方法在执行前不会去检查缓存中是否存在之前执行过的结果，而是每次都会执行该方法，并将执行结果以键值对的形式存入指定的缓存中。

1 2	@CachePut(cacheNames="book", key="#isbn") public Book updateBook(ISBN isbn, BookDescriptor descriptor)

注意：应该避免@CachePut 和 @Cacheable同时使用的情况。

@CacheEvict

移除缓存条目

@CacheEvict要求指定一个或多个缓存，使之都受影响。此外，还提供了一个额外的参数allEntries 。表示是否需要清除缓存中的所有元素。默认为false，表示不需要。当指定了allEntries为true时，Spring Cache将忽略指定的key。有的时候我们需要Cache一下清除所有的元素。

1 2	@CacheEvict(cacheNames="books", allEntries=true) public void loadBooks(InputStream batch)

清除操作默认是在对应方法成功执行之后触发的，即方法如果因为抛出异常而未能成功返回时也不会触发清除操作。使用beforeInvocation可以改变触发清除操作的时间，当我们指定该属性值为true时，Spring会在调用该方法之前清除缓存中的指定元素。

1 2	@CacheEvict(cacheNames="books", beforeInvocation=true) public void loadBooks(InputStream batch)

@CacheConfig

有时候一个类中可能会有多个缓存操作，而这些缓存操作可能是重复的。这个时候可以使用@CacheConfig

@CacheConfig("books")
public class BookRepositoryImpl implements BookRepository {

    @Cacheable
    public Book findBook(ISBN isbn) {...}
}

@CacheConfig是一个类级别的注解，允许共享缓存的名称、KeyGenerator、CacheManager 和CacheResolver。该操作会被覆盖。

用XML配置缓存

就是在XML里面指定缓存规则要应用到哪些方法，避免在源代码里写@Cacheable(), 比较晦涩，不好用