SpringCache缓存专题

SpringCache缓存专题

学习目标

1、理解缓存存在的意义

2、掌握redis与SpringCache的集成方式

3、掌握SpringCache注解的使用

4、掌握项目集成SpringCache流程

第一章 基于SpringCache缓存方案

1.为什么需要缓存

​ 前台请求，后台先从缓存中取数据，取到直接返回结果，取不到时从数据库中取，数据库取到更新缓存，并返回结果，数据库也没取到，那直接返回空结果：

在这里插入图片描述

使用缓存是一个很“高性价比”的性能优化方式，尤其是对于有大量重复查询的程序来说。通常来说，在WEB后端应用程序来说，

耗时比较大的往往有两个地方：

1、查数据库；

2、调用其它服务的API（因为其它服务最终也要去做查数据库等耗时操作）；

重复查询也有两种：

1、我们在应用程序中代码写得不好，写的for循环，可能每次循环都用重复的参数去查询了。

2、大量的相同或相似请求造成的。比如资讯网站首页的文章列表、电商网站首页的商品列表、微博等社交媒体热搜的文章等等，当大量的用户都去请求同样的接口，同样的数据，如果每次都去查数据库，那对数据库来说是一个不可承受的压力。所以我们通常会把高频的查询进行缓存，我们称它为“热点”。

2.SpringCache概述

​ 前面提到了缓存有诸多的好处，于是大家就摩拳擦掌准备给自己的应用加上缓存的功能。但是网上一搜却发现缓存的框架太多了，各有各的优势，比如Redis[中央缓存-远程缓存]、Memcached、Guava、Caffeine[本地缓存]等等。

​ 如果我们的程序想要使用缓存，就要与这些框架耦合。聪明的架构师已经在利用接口来降低耦合了，利用面向对象的抽象和多态的特性，做到业务代码与具体的框架分离。

​ 但我们仍然需要显式地在代码中去调用与缓存有关的接口和方法，在合适的时候插入数据到缓存里，在合适的时候从缓存中读取数据。想一想**「AOP」**的适用场景，这不就是天生就应该AOP去做的吗？

​ 自Spring 3.1起，提供了类似于 @Transactional 注解事务的注解Cache支持，且提供了Cache抽象，在此之前一般通过AOP实现。

使用Spring Cache的好处：

  • 提供基本的Cache抽象，方便切换各种底层Cache；
  • 通过注解Cache可以实现类似于事务一样，缓存逻辑透明的应用到我们的业务代码上，且只需要更少的代码就可以完成；
  • 提供事务回滚时也自动回滚缓存；
  • 支持比较复杂的缓存逻辑；

2.1SpringCache概述及核心配置

​ Spring Cache就是一个缓存框架。它利用了AOP（将缓存逻辑与服务逻辑解耦），实现了基于注解的缓存功能（声明式缓存），并且进行了合理的抽象，业务代码不用关心底层是使用了什么缓存框架，只需要简单地加一个注解，就能实现缓存功能了。而且Spring Cache也提供了很多默认的配置，用户可以快速将缓存集成到项目中；

接下来，我们以一个很小的例子给大家讲解SpringCache的快速使用；

2.2. SpringCache环境准备

导入:day12\SpringCache缓存专题\代码\springboot-cache项目代码；

核心步骤如下：

2.2.1 缓存依赖导入
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
2.2.2 环境配置
#数据库配置
spring:redis:host: 192.168.200.130     # Redis服务器地址database: 1         # Redis数据库索引（默认为0）port: 6379          # Redis服务器连接端口
#    password: ld123456  # Redis服务器连接密码（默认为空）
2.2.3 缓存配置类定义

SpringCache抽象出公共的缓存接口，同时面向用户屏蔽了底层实现细节，用户可通过配置缓存管理器来实现缓存方案的替换：

在这里插入图片描述

我们当前以Redis作为SpringCache缓存底层实现为例展开讲解。

/*** @author itheima* code 自定义redis序列化配置类*/
@Configuration
public class RedisCacheConfig {/*** 配置 cacheManager 代替默认的cacheManager （缓存管理器）* @param factory RedisConnectionFactory* @return  CacheManager*/@Beanpublic CacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory factory) {RedisSerializer<String> redisSerializer = new StringRedisSerializer();Jackson2JsonRedisSerializer serializer = new Jackson2JsonRedisSerializer(Object.class);ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();objectMapper.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);//仅仅序列化对象的属性，且属性不可为final修饰objectMapper.activateDefaultTyping(LaissezFaireSubTypeValidator.instance,ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL, JsonTypeInfo.As.PROPERTY);serializer.setObjectMapper(objectMapper);// 配置key value序列化RedisCacheConfiguration config = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig().serializeKeysWith(RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(redisSerializer)).serializeValuesWith(RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(serializer))//关闭控制存储.disableCachingNullValues()//修改前缀与key的间隔符号，默认是::.computePrefixWith(cacheName->cacheName+":");//设置特有的Redis配置Map<String, RedisCacheConfiguration> cacheConfigurations = new HashMap<>();//定制化的Cache 设置过期时间 eg:以role：开头的缓存存活时间为10scacheConfigurations.put("role",customRedisCacheConfiguration(config,Duration.ofSeconds(10)));cacheConfigurations.put("stock",customRedisCacheConfiguration(config,Duration.ofSeconds(3000)));cacheConfigurations.put("market",customRedisCacheConfiguration(config,Duration.ofSeconds(300)));//构建redis缓存管理器RedisCacheManager cacheManager = RedisCacheManager.builder(factory)//Cache事务支持.transactionAware().withInitialCacheConfigurations(cacheConfigurations).cacheDefaults(config).build();//设置过期时间return cacheManager;}/*** 设置RedisConfiguration配置* @param config* @param ttl* @return*/public RedisCacheConfiguration customRedisCacheConfiguration(RedisCacheConfiguration config, Duration ttl) {//设置缓存缺省超时时间return config.entryTtl(ttl);}
}

2.3 SpringCache注解详解

2.3.1 @Cacheable注解

如果缓存中没有：查询数据库，存储缓存，返回结果，

如果缓存中有：直接返回结果

作用：可以用来进行缓存的写入，将结果存储在缓存中，以便于在后续调用的时候可以直接返回缓存中的值，而不必再执行实际的方法。 最简单的使用方式,注解名称=缓存名称,使用例子如下:

在这里插入图片描述

示例代码：

@Service
@CacheConfig(cacheNames = "role")//提取缓存的前缀配置
public class RoleServiceImpl implements IRoleService {@Autowiredprivate RoleMapper roleMapper;/*** <p>* 几个属性：* a)cacheNames/value：指定缓存组件的名字*      cacheNames = {"role"}可以使用多个参数,是数组的形式，可以指定多个缓存* b)key：缓存数据使用的key，可以用他来指定。默认是使用方法参数的值*      编写SpEl:   #id  #a0,#po,#argrs[0]  "0"代表参数的索引*      #result  方法执行后的返回值*      #root.methodName   方法名*      key = "#root.methodName+'['+#id+']'"* e)condition：指定符合缓存的条件*      condition = "#id>0 and #root.methodName eq 'aaa'" 可以多条件判断* f)unless: 否定缓存，当unless的条件为true，方法结果不会被缓存,可以获取结果进行判断*      unless = "#result==null"，结果为null，就不缓存*/@Override//@Cacheable(cacheNames = "role", key = "#id",condition = "#id>0",unless = "#result==null")@Cacheable(key = "#id",condition = "#id>0",unless = "#result==null")public Role findById(Integer id) {return roleMapper.selectByPrimaryKey(id);}@Cacheable(key ="#root.method.getName()")//直接引用mehtodname异常@Overridepublic R findAllRole() {List<Role> roleList = roleMapper.findAll();return R.ok(roleList);}
}
2.3.2 @CacheEvict注解

@CacheEvict：删除缓存的注解,这对删除旧的数据和无用的数据是非常有用的。这里还多了一个参数(allEntries),设置allEntries=true时，可以对整个条目进行批量删除

在这里插入图片描述

示例代码：

    /*** .@CacheEvict 缓存清除*  key：指定要清除的数据*/@Override@CacheEvict(key = "#id")public Integer delete(Integer id) {return roleMapper.deleteByPrimaryKey(id);}
2.3.3 @CachePut注解

@CachePut：当需要更新缓存而不干扰方法的运行时 ，可以使用该注解。也就是说，始终执行该方法，并将结果放入缓存

本质上说，如果存在对应的缓存，则更新覆盖，不存在则添加；

在这里插入图片描述

示例代码：

/*** .@CachePut既调用方法、又更新数据，达到同步更新缓存* <p>* 运行时机：* 1、先调用目标方法 ★★★* 2、将目标方法的结果缓存起来★★★* 条件：存取Id的key要保持一致*     key = "#role.id"     传入员工的Id*     key = "#result.id"   使用返回员工的Id* 注意： @Cacheable不能使用#result*      因为 @Cacheable在目标方法执行之前需要得到这个key，所以不能用#result*/
@Override
@CachePut(key = "#result.id")//更新或者添加缓存---》有则更新，无则添加
public Role update(Role role) {roleMapper.updateByPrimaryKey(role);return role;
}
2.3.4 @Caching注释

​ 在使用缓存的时候，有可能会同时进行更新和删除，会出现同时使用多个注解的情况.而@Caching可以实现，对于复杂的缓存策略，我们可借助SpEL实现；

Spring Cache提供了一些供我们使用的SpEL上下文数据，下表直接摘自Spring官方文档：

img

其它：如果表达式想直接引用一个常量值，那么需要 key=“‘xxxx’”

示例代码：

    /*** .@Caching 定义复杂缓存规则*/@Override@Caching(cacheable = {@Cacheable(key = "#role.rolename")},put = {@CachePut(key = "#role.id"),@CachePut(key = "#role.rolecode")},evict = {@CacheEvict(key = "8")})public R add(Role role) {
//        role.setId(null);try {roleMapper.insert(role);} catch (Exception e) {return R.error();}return R.ok(role.getId());}
2.3.5 注解小结

对于缓存声明，spring的缓存提供了一组java注解:

  • @Cacheable
    • 功能：触发缓存写入，如果缓存中没有，查询数据库，存储缓存，返回结果，如果缓存中有，直接返回结果
    • 应用：查询数据库方法，且查询的数据时热点数据
  • @CacheEvict
    • 功能：触发缓存清除
    • 应用：删除或修改数据库方法
  • @CachePut
    • 功能：缓存写入(不会影响到方法的运行)。有则更新，无则添加
    • 应用：新增到数据库方法
  • @Caching
    • 功能：重新组合要应用于方法的多个缓存操作
    • 应用：上面的注解的组合使用
  • @CacheConfig(cacheNames = “xxx”)
    • 功能：可以提取公共的缓存key的前缀，一般是业务的前缀
    • 应用：作用在类之上

第二章 优雅使用SpringCache

3.缓存层选择

在这里插入图片描述

选择Face的理由：

  • controller层功能过于粗狂、组装数据返回前端，不易缓存的维护；
  • service的功能过于细腻，切关联甚广；
  • 使用face处理缓存等一些特殊场景，与开发服务逻辑隔离，方便维护；

4.项目集成SpringCache

当前我们先将stock_job任务工程集成SpringCache;

4.1 stock_job工程引入cache依赖
<!--不要将缓存放在中间common层，因为如果引用common的第三方不适用缓存，会导致因为场景依赖自动装配的机制导致启动失败-->
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>
<!--引入redis的starter依赖-->
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<!-- redis创建连接池，默认不会创建连接池 -->
<dependency><groupId>org.apache.commons</groupId><artifactId>commons-pool2</artifactId>
</dependency>
4.2 配置application-cache.yml：
#配置redis的环境
spring:redis:host: 192.168.200.130 # 默认localhostport: 6379 #默认是6379
#    password: laofang #如果redis服务没有配置密码，则可不写database: 0 #默认操纵redis的0分片的数据 ，可省略不写lettuce:pool:max-active: 8 # 连接池最大连接数（使用负值表示没有限制）max-wait: -1ms # 连接池最大阻塞等待时间（使用负值表示没有限制）max-idle: 8 # 连接池中的最大空闲连接min-idle: 1  # 连接池中的最小空闲连接timeout: PT10S # 连接超时时间

在主配置文件激活缓存配置：

spring：profiles:active: true
4.3 定义SpringCache配置类

RedisConfiguration配置类开启缓存@EnableCaching，然后定义缓存依赖bean：

@Configuration
//开启SpringCache缓存注解功能支持
@EnableCaching
public class RedisCacheConfig {/*** 定义序列化方式* @return*/@Beanpublic StringRedisSerializer stringRedisSerializer(){return new StringRedisSerializer();}/*** 配置 cacheManager 代替默认的cacheManager （缓存管理器）* 当前使用的redis缓存做为底层实现，如果将来想替换缓存方案，那么只需调整CacheManager的实现细节即可* 其他代码无需改动* @param factory RedisConnectionFactory* @return  CacheManager*/@Beanpublic CacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory factory) {//定义redis数据序列化的对象RedisSerializer<String> redisSerializer = new StringRedisSerializer();//jackson序列化方式对象Jackson2JsonRedisSerializer serializer = new Jackson2JsonRedisSerializer(Object.class);ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();//设置被序列化的对象的属性都可访问：暴力反射objectMapper.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);//仅仅序列化对象的属性，且属性不可为final修饰objectMapper.activateDefaultTyping(LaissezFaireSubTypeValidator.instance,ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL, JsonTypeInfo.As.PROPERTY);serializer.setObjectMapper(objectMapper);// 配置key value序列化RedisCacheConfiguration config = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig().serializeKeysWith(RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(redisSerializer)).serializeValuesWith(RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(serializer))//关闭控制存储--》禁止缓存value为null的数据.disableCachingNullValues()//修改前缀与key的间隔符号，默认是::  eg:name:findById.computePrefixWith(cacheName->cacheName+":");//设置特有的Redis配置Map<String, RedisCacheConfiguration> cacheConfigurations = new HashMap<>();//定制化的Cache 设置过期时间 eg:以role：开头的缓存存活时间为10s
//        cacheConfigurations.put("role",customRedisCacheConfiguration(config,Duration.ofSeconds(20)));cacheConfigurations.put(StockConstant.STOCK,customRedisCacheConfiguration(config, Duration.ofHours(24)));//构建redis缓存管理器RedisCacheManager cacheManager = RedisCacheManager.builder(factory)//Cache事务支持,保证reids下的缓存与数据库下的数据一致性.transactionAware().withInitialCacheConfigurations(cacheConfigurations).cacheDefaults(config).build();//设置过期时间return cacheManager;}/*** 设置RedisConfiguration配置* @param config* @param ttl* @return*/public RedisCacheConfiguration customRedisCacheConfiguration(RedisCacheConfiguration config, Duration ttl) {//设置缓存缺省超时时间return config.entryTtl(ttl);}
}

5.项目使用案例

5.1 股票code缓存实现

5.1.1 场景说明

原来进行股票数据采集时，需要反复从数据库加载股票code信息，io开销比较大，我们可以将该数据缓存在内存中：

    /*** 定义批量获取分钟级股票数据*/@Overridepublic void getStockRtIndex() {//1.获取股票的编码集合 todo 后期优化 将股票id数据存入redis缓存List<String> stockCodes = stockBusinessMapper.getAllStockCodes();//2.给股票编码添加交易所前缀，以6开头：sh,其它szstockCodes=stockCodes.stream().map(stockCode->{stockCode= stockCode.startsWith("6")?"sh"+stockCode:"sz"+stockCode;return stockCode;}).collect(Collectors.toList());//......}

显然每次查询都要取数据库获取一次全量的股票code数据，开销较大，我们可以存入redis缓存中提高处理效率；

5.1.2 缓存层接口抽取

定义缓存层接口：

package com.itheima.stock.face;import com.itheima.stock.pojo.entity.StockBusiness;
import java.util.List;/*** @author by itheima* @Date 2022/6/16* @Description 定义股票缓存层*/
public interface StockCacheFace {/*** 获取所有股票编码，并添加上证或者深证的股票前缀编号：sh sz* @return*/List<String> getAllStockCodeWithPredix();/*** 根据id更新股票的信息*/void updateStockInfoById(StockBusiness info);
}

定义缓存层实现：


/*** @author by itheima* @Date 2022/6/16* @Description 股票数据缓存层实现*/
@Component
@CacheConfig(cacheNames = StockConstant.STOCK)
public class StockCacheFaceImpl implements StockCacheFace {@Autowiredprivate StockBusinessMapper stockBusinessMapper;/*** 缓存股票编码，且编码数据提供所属大盘前缀* @return*/@Cacheable(key = "#root.method.getName()")@Overridepublic List<String> getAllStockCodeWithPredix() {//1.获取所有A股股票的编码List<String> allCodes = stockBusinessMapper.getAllStockCodes();//2.添加股票前缀 sh szList<String> prefixCodes = allCodes.stream().map(code -> {code = code.startsWith("6") ? "sh" + code : "sz" + code;return code;}).collect(Collectors.toList());return prefixCodes;}/*** 清除缓存* 如果指定具体key，表达式需要添加单引号* @param info*/@CacheEvict(key = "'getAllStockCodeWithPredix'")@Overridepublic void updateStockInfoById(StockBusiness info) {stockBusinessMapper.updateByPrimaryKeySelective(info);}
}

测试：

package com.itheima.stock;import com.itheima.stock.face.StockCacheFace;
import com.itheima.stock.pojo.entity.StockBusiness;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;import java.util.List;/*** @author by itheima* @Date 2022/6/16* @Description 测试springCache缓存*/
@SpringBootTest
public class TestSpringCache {@Autowiredprivate StockCacheFace stockCacheFace;/*** @Description 测试缓存*/@Testpublic void testCache(){List<String> all = stockCacheFace.getAllStockCodeWithPredix();System.out.println(all);}/*** @Description 测试缓存*/@Testpublic void deleteCache(){StockBusiness info = StockBusiness.builder().stockCode("000012").stockName("建筑材料666").build();stockCacheFace.updateStockInfoById(info);}
}

发现数据已经缓存在redis下：

在这里插入图片描述

5.2 缓存用户权限信息(作业)

//获取权限集合
List<SysPermission> permissionList=this.sysPermissionMapper.getPermissionByUserId(user.getId());
List<String> permsNameList = permissionList.stream().filter(item -> !Strings.isNullOrEmpty(item.getPerms())).map(item -> item.getPerms()).collect(Collectors.toList());//获取角色集合 基于角色鉴权注解需要将角色前追加ROLE_
List<SysRole> roleList= sysRoleMapper.getRoleByUserId(user.getId());
List<String> roleNameList = roleList.stream().filter(item -> !Strings.isNullOrEmpty(item.getName())).map(item ->  "ROLE_" + item.getName()).collect(Collectors.toList());List<String> auths= new ArrayList<String>();
auths.addAll(permsNameList);
auths.addAll(roleNameList);

将上述代码封装到缓存层；

​ 入参：userId

​ 出参：List 用户的SpringSecurity的权限标识

5.3 用户前端侧边栏信息缓存（作业）

说明：

​ 把用户对应的前端展示的侧边栏缓存处理；

关联的代码：

//权限树结构，给前端响应 从缓存获取树状结构
List<PermissionRespNodeVo> treeNodeVo = permissionService.getTree(permissionList, "0", true);
user.setMenus(treeNodeVo);

5.4 用户关联的按钮权限信息缓存（作业）

说明：

用户的按钮标识缓存

if (!CollectionUtils.isEmpty(permissionList)) {
authBtnPerms = permissionList.stream().filter(per -> !Strings.isNullOrEmpty(per.getCode()) && per.getType()==3)
.map(per -> per.getCode()).collect(Collectors.toList());
}

当然，也可直接把UserDetail对象直接缓存在缓存下（不建议）

​ key:username

​ value:LoginUserDetail对象

使用redis尽量避免出现大value出现

因为大value的出现会导致网络IO增加，导致其它请求可能会被阻塞（redis的存取数据是单线程），而大value会占用过多的网络io的开下，导致其它请求被阻塞；

5.5 缓存股票的最新数据

思考：

​ 如何在缓存带来的性能开销和接口性能的提升之间做取舍？

​ 用户人群少，比如：几十人，是否需要缓存每分钟的股票相关的数据？

​ 人少，访问量就少，数据库能抗住，但是如果加入缓存，那么每分钟还要更新缓存数据，更新频次过高，也会影响性能；

​ 用户人群多，访问量大

​ 数据库扛不住，引入缓存；

​ 缓存的策略：方式1：设置缓存失效时间，一分钟 方式2：触发淘汰，一分钟淘汰一次，xxljob触发缓存更新

if (!CollectionUtils.isEmpty(permissionList)) {
authBtnPerms = permissionList.stream().filter(per -> !Strings.isNullOrEmpty(per.getCode()) && per.getType()==3)
.map(per -> per.getCode()).collect(Collectors.toList());
}

当然，也可直接把UserDetail对象直接缓存在缓存下（不建议）

​ key:username

​ value:LoginUserDetail对象

使用redis尽量避免出现大value出现

因为大value的出现会导致网络IO增加，导致其它请求可能会被阻塞（redis的存取数据是单线程），而大value会占用过多的网络io的开下，导致其它请求被阻塞；

5.5 缓存股票的最新数据

思考：

​ 如何在缓存带来的性能开销和接口性能的提升之间做取舍？

​ 用户人群少，比如：几十人，是否需要缓存每分钟的股票相关的数据？

​ 人少，访问量就少，数据库能抗住，但是如果加入缓存，那么每分钟还要更新缓存数据，更新频次过高，也会影响性能；

​ 用户人群多，访问量大

​ 数据库扛不住，引入缓存；

​ 缓存的策略：方式1：设置缓存失效时间，一分钟 方式2：触发淘汰，一分钟淘汰一次，xxljob触发缓存更新

总之，从缓存的性价比来讲，数据尽量少，且使用频次多，且变化要少；

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