Spring Cache 学习总结

Spring Cache 学习总结

    关于 Cache
    SpringBoot Cache
    注解驱动缓存
    redis cache
        redis缓存原理
        redis两级缓存实现

一、关于 Cache
    1.应用系统需要通过 Cache 来缓存不经常改变的数据以提高系统性能和增加系统吞吐量，避免直接访问数据库等低速的存储系统。
    2.Spring Cache 对 Cache 进行了抽象， 提供了＠Cacheable、＠CachePut、＠CacheEvict 等注解。Spring Boot 应用基于 Spring Cache，既提供了基于内存实现的缓存管理器，可以用于单体应用系统，也集成了 Redis、 EhCache 等缓存服务器，可用于大型系统或者分布式系统。
    3.应用系统缓存通常有以下作用：
        缓存 Web 系统的输出，如伪静态页面。 
        缓存系统中不经常改变的业务数据，如用户权限、字典数据、配置信息等。 
    4.cache的组件与概念
        Cache 相关的组件与概念如下：
         · CacheManager，用来创建、管理、管理多个命名唯一的 Cache，如组织机构缓存、菜单项的缓存、菜单树的缓存等。 
         · Cache 类似 Map 那样的 Key-Value 存储结构， Value 部分通常包含了缓存的对象，通过 Key 来取得缓存对象。 
         · 缓存项，存放在缓存里的对象，常常需要实现序列化接口，以支持分布式缓存。 
         · Cache 存储方式，缓存组件可以将对象放到内存或其他缓存服务器上，Spring Boot 提供了一个基于 ConcurrentMap 的缓存，同时也集成了Redis、EhCache 2.x、 JCache 缓存服务器等。
         · 缓存策略，通常 Cache 还可以有不同的缓存策略，如设置缓存最大的容量，缓存项的过期时间等。 
         · 分布式缓存，缓存通常按照缓存数据类型存放在不同缓存服务器上，或者同一类型的缓存按照某种算法、不同 Key 的数据存放在不同的缓存服务器上。 
         · Cache Hit，从 Cache 中取得期望的缓存项，我们通常称之为缓存命中。如果没有命中则称之为 Cache Miss，意味着需要从数据来源处重新取出井放回 Cache 中。 
         · Cache Miss，缓存丢失，根据 Key 没有从缓存中找到对应的缓存项。 
         · Cache Evication，缓存清除操作。 
         · Hot Data，热点数据，缓存系统能调整算法或者内部存储方式，使得最有可能频繁访问的数据能被尽快访问到。 
         · On-Heap, Java 分配对象都是在堆内存中，有最快的获取速度。由于虚拟机的垃圾回收管理机制，缓存放入过多的对象会导致垃圾回收时间过长，从而有可能影响性能。 
         · Off-Heap，堆外内存，对象存放在虚拟机分配的堆外内存中，因此不受垃圾回收管理机制的管理，不影响系统性能，但堆外内存的对象要被使用，还要序列化成堆内对象。 
         · 很多缓存工具会把不常用的对象放到堆外，把热点数据放到堆内。
    5.一级二级缓存服务器
        使用 Redis 缓存，通过网络访问还是不如从内存中获取的性能好，所以通常称为二级缓存，从内存中取得缓存数据称为一级缓存。当应用系统需要查询缓存的时候，先从一级缓存里查找，如果有，则返回，如果没有查找到，则再查询二级缓存。

二、SpringBoot Cache
    1.Spring Boot 本身提供了一个基于 ConcurrentHashMap 的缓存机制，也集成了 EhCache2.x、JCache CJSR-107、EhCache3.x、Hazeleast、Infinispan），还有 Couchbase、Redis 等。 
    2.Spring Boot 应用通过注解的方式使用统一的缓存，只需在方法上使用缓存注解即可，其缓存的具体实现依赖于选择的目标缓存管理器。
    3.集成 Spring Cache 的 pom 依赖：
         
            org.springframework.boot 
            spring-boot-starter-cache 
         
        如果使用 Spring 自带的内存的缓存管理器，需要在 appliaction. properties 中配置属性：
        spring.cache.type=Simple 
        Simple，是基于 ConcurrentHashMap 实现的缓存，适合单体应用或者开发环境使用。
        none，关闭缓存，比如开发阶段为了确保功能正确，可以先禁止使用缓存。
        redis，使用 Redis 作为缓存，还需要在 porn 中增加 Redis 依赖。 
        Generic，用户自定义缓存实现，用户需要自定义一个 org.springframework.cache.CacheManager 的实现。
    
三、注解驱动缓存
    配置好 Spring Boot 缓存，就可以在 Spring 管理的 Bean 中使用缓存注解，通常可以直接放在 Service 类上。
    1.@Cacheable，作用在方法上，触发缓存读取操作。
        对于不同的缓存实现，最好将缓存对象实现序列化 Serializable 接口， 这样可以无缝切换到分布式缓存系统，比如：public class Menu implements Serializable
        Spring 使用 SimpleKeyGenerator 来实现上述 Key 的生成：
        public class SimpleKeyGenerator implements KeyGenerator { 
            @Override 
            public Object generate (Object target, Method method, Object ... params) {
                return generateKey(params) ; 
            }
            public static Object generateKey(Object ... params) {
                if (params.length == 0) {
                    return SimpleKey. EMPTY ; 
                }
                if (params.length == 1) {
                    Object param = params[O];
                    if (param ! = null && ! param.getClass().isArray () ) {
                        return param; 
                    }
                return new SimpleKey(params); 
            }
        }
        SimpleKey 实现了 hashCode 和 equals 方法：
        this.hashCode = Arrays.deepHashCode(this.params) ; 
        @Override 
        public boolean equals(Object obj) {
            return (this == obj || (obj instanceof SimpleKey && Arrays.deepEquals (
                this.params, ( (SimpleKey) obj).params))) ; 
            }
        }
        也可以实现自己的 KeyGenerator 方法，比如：
        @Cacheable (cacheNames=”org”, keyGenerator=” myKeyGenerator") 
        public Org findOrg (User user) { ... } 
        myKeyGenerator 实现了 KeyGenerator 接口 ， 然后从 user 中获取到 orgld 作为缓存的 Key:
        @Override public Object generate(Object target, Method method, Object ... params) {
            User user= (User)params [O]; return user.getOrgid();
        }
    2.通常情况下，直接使用 SpEL 表达式来指定 Key 比自定义一个 KeyGenerator 更为简单：
        @Cacheable(cacheNames=”org”, key=”#orgid”) 
        public Org findOrg(Long orgid, boolean checkCrmSystem) { ... } 
        @Cacheable(cacheNames=”org”, key=”#user.orgid”) 
        public Org findOrg(User user) { ... } 
        第一个方法仅仅使用参数 orgld 作为 Key，忽略参数 checkCrmSystem， 第二个方法则获取 user 的 orgld 属性作为 Key。
    3.也可以通过条件表达式来指定是否需要缓存，比如 orgld 大于 1000 的都需要缓存：
        @Cacheable(cacheNames=”org”, condition="#orgid>lOOO") 
        public Org findOrg (Long orgid) { ... } 
    4.还可以根据方法返回的结果来决定是否缓存，以下返回值如果 status 为 0，则不缓存：
        @Cacheable(cacheNames＝”org”， unless＝”#result.status==0”)
        public Org findOrg (Long orgid) { ... }
    5.@CacheEvict，用于删除缓存项或者清空缓存， CacheEvict 可以指定多个缓存名字来清空多个缓存.
    6.@CachePut，作用在方法上，触发缓存更新操作。注解 CachePut 总是会执行方法体，井且使用返回的结果更新缓存。
        @Caching，作用在方法上，综合上面的各种操作，在有些场景下，调用业务会触发多种缓存操作。
        @CacheConfig，在类上设置当前缓存的一些公共设置。注解 CacheConfig 作用于类上，可以为此类的方法的缓存注解提供默认值，包括：缓存的默认名称、缓存的 KeyGenerator;

四、redis cache
    1.定制缓存
        对于 RedisCacheManager 来说，还可以定制缓存项的存活时间，缓存名是否在 Redis 中加上前缀等，这是通过实现 CacheManagerCustomizer 配置来完成定制的：
        @Configuration 
        public class RedisCacheManagerCustomizer {
            @Bean 
            public CacheManagerCustomizer cacheManagerCustomizer() {
                return new CacheManagerCustomizer() {
                    @Override 
                    public void customize(RedisCacheManager cacheManager) {
                        Map expires= new HashMap() ; 
                        //设直 menu 缓存，一分钟过期 
                        expires.put(”menu”, 601); 
                        cacheManager.setExpires(expires) ; 
                    }
                };
            }
        }
    2.redis缓存原理
        |- Spring Boot 的自动配直类 RedisCacheConfiguration 会自动检测 spring.cache.type 的值，从而决定使用何种缓存。
            @Configuration //向容器中添加配置类
            @AutoConfigureAfter(RedisAutoConfiguration.class) 在Redis自动配置成功才会加载redis缓存自动配置
            @ConditionalOnBean(RedisTemplate.class) // 条件：有RedisTemplate类实例
            @ConditionalOnMissingBean(CacheManager.class) 条件：无CacheManager实例对象
            @Conditional(CacheCondition.class) // CacheCondition 实现了 Condition 接口，该接口返回一个 boolean 值，用于判断是否能启用该配置。 CacheCondition 用于判断 application.properties 中是否配置了 spring.cache.type，取出其对应的值与 CacheCondition 所在的配置类进行比较，如果一致，则返回 true(match)。 
            class RedisCacheConfiguration {
                @Bean 
                public RedisCacheManager cacheManager(RedisTemplate redisTemplate) { 
                    RedisCacheManager cacheManager = new RedisCacheManager (redisTemplate); 
                    return cacheManager; 
                }
            }
        |- RedisCacheManager 用于实现 Redis 的缓存管理， RedisCacheManager 实现了 CacheManager 接口，CacheManager 有如下定义：
            public interface CacheManager {
                Cache getCache(String name); 
                Collection getCacheNames(); 
            }
            getCache 方法会根据缓存名字得到缓存，getCacheNames 则返回 CacheManager 知道的缓存。RedisCacheManager 将返回 RedisCache，其实现了Cache 接口，类似Java.util.Map 接口，包含以下方法：
            ValueWrapper get(Object key),根据 Key 值获取缓存对象，ValueWrapper 包含了 get 方法用于获取缓存对象。
            void put(Object key, Object value)，设置缓存。
            void evict(Object key)，根据 Key 值清除缓存。
            void clear()，清除所有缓存。

    3.redis两级缓存实现    
        |- Spring Boot 自带的 Redis 缓存非常容易使用，但由于通过网络访问了 Redis，效率还是比传统的跟应用部署在一起的一级缓存略慢。 
        |- 常见使用方式：在访问 Redis 之前，先访问一个 ConcurrentHashMap 实现的简单一级缓存，如果有缓存项，则返回给应用，如果没有，再从 Redis 中取得，并将缓存对象放到一级缓存中。
        |- 当缓存项发生变化的时候，注解@CachePut 和@CacheEvict会触发 RedisCache 的 put(Object key, Object Value）和 evict(Object Key）操作，两级缓存需要同时更新 ConcurrentHashMap 和 Redis 缓存，而且需要通过 Redis 的 Pub 发出通知消息，其他 Spring Boot 应用通过 Sub 来接收消息，同步更新 Spring Boot 应用自身的一级缓存。
      代码实现：IDEA快捷键：手动清理无用的import --> Ctrl+alt+o ；设置自动清理Ctrl + Alt + S 打开设置，Editor->General->Auto import->勾选Optimize imports on the fly 
      可参考：Spring Boot 集成 Cache缓存