微服务spring-cloud中 redis cache annotation操作指北

一 什么是Cache

1 Cache

Cache通常意义上是指高速缓存，它与数据库最大的区别是“更快”，可能会快上100倍，而且Cache是全部运行在内存中，而数据库中的数据一般都是存在硬盘中，而IO一直都是网站等大规模系统的瓶颈，如果不使用Cache，完全用数据库，当访问量过大时将导致数据丢失，更严重时会导致系统崩溃，特别是遇到恶意攻击的情况，所以缓存构成了网络的第一道防线。

当用户请求网络资源时，会先访问缓存中的数据，如果缓存中没有，再去访问数据库，请求返回给用户的同时，更新到缓存中。而由于网络请求的定律，80%的请求会集中在20%的数据上，所以缓存会极大的提高服务的响应能力。

2 应用场景

针对数据库的增、删、查、改，数据库缓存技术应用场景绝大部分针对的是“查”的场景。比如，一篇经常访问的帖子/文章/新闻、热门商品的描述信息、好友评论/留言等。因为在常见的应用中，数据库层次的压力有80%的是查询，20%的才是数据的变更操作。所以绝大部分的应用场景的还是“查”缓存。当然，“增、删、改”的场景也是有的。比如，一篇文章访问的次数，不可能每访问一次，我们就去数据库里面加一次吧？这种时候，我们一般“增”场景的缓存就必不可少。否则，一篇文章被访问了十万次，代码层次不会还去做十万次的数据库操作吧。

3 应用举例

读操作流程

有了数据库和缓存两个地方存放数据之后（uid->money），每当需要读取相关数据时（money），操作流程一般是这样的：

（1）读取缓存中是否有相关数据，uid->money

（2）如果缓存中有相关数据money，则返回【这就是所谓的数据命中“hit”】

（3）如果缓存中没有相关数据money，则从数据库读取相关数据money【这就是所谓的数据未命中“miss”】，放入缓存中uid->money，再返回

二 使用

spring中的annotation极大的方便了缓存操作，加上annotation就能够自动实现redis的读取、更新等策略。

比如

@Cacheable(value="users")  
public User findByUsername(String username)  

此时，会首先在redis中查 users:username 中构成的键值，比如username：张三，那么会到redis中查key="users:张三"，如果redis中没有，会到数据库中去查，查好后返回前端，同时将数据更新到redis。

这是默认key的情况，当然，也可以手动加上key，比如

@Cacheable(value="users",key="#username")  
public User findByUsername(String username,String gender) 

此时，会按照key表达式的值，去参数里面去取，这里同样，key="users:张三"

此外，还有

@Cacheput(value="users",key="#username")  
public int insertUser(User user)  

会首先查数据，然后更新数据到redis中，key="users:user.username"

三 改进

项目中存在这样的问题，有的对象有30+字段，但需要缓存的只有3个，查如果全部都存到redis中，无疑将加大redis的负担，能否指定字段呢？其实可以专门定义一个视图对象，里面只存放需要的字段，用来返回，但一来加大了工作量，导致代码膨胀，二来put还是没法操作，所以我们写了各自定义注解，用来指定redis中的存储字段。

使用方式如下

@RedisCacheAble(value="users",names={"name","gender","age"})  
public User findByUsername(String username)  

如此一来就能只保存User对象中的name,gender,age属性，其它属性为null，减少了redis中对象的存储大小。

同样，还有cacheput

@RedisCachePut(value="users",key="#username",names={"name","gender","age"})  
public int insertUser(User user)  

四 实现原理

结合annotation以及aop实现
首先，定义annotataion

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  
@Target(ElementType.METHOD)  
@Documented  
public @interface RedisCacheAble {  
    String value() default "";   //key名称、前缀
    String[] names() default {};  //所需要包含的键值
    long timeout() default 30; //过期时间
    
}  

定义切面类，用于接受annotation的响应

@Component // 注册到Spring容器，必须加入这个注解  
@Aspect // 该注解标示该类为切面类，切面是由通知和切点组成的。  
public class ApiAspect {  

    @Pointcut("@annotation(cn.com.spdbccc.hotelbank.rediscache.RedisCacheAble)")// 定义注解类型的切点，只要方法上有该注解，都会匹配  
    public void annotationAble(){        
    } 
    
   @Around("annotationAble()&& @annotation(rd)") //定义注解的具体实现，以及能够接受注解对象，定义 @annotation(rd)就可以直接取到annotation的实例了
    public Object redisCacheAble(ProceedingJoinPoint joinPoint, RedisCacheAble rd) throws Throwable {
        String preKey = rd.value();
        String arg0 = joinPoint.getArgs()[0].toString();
        //TODO arg0判断
        String key = preKey + ":" +arg0;
        //如果redis中已經有值，直接返回
        Object rtObject = redisTemplate.opsForValue().get(key);
        if (rtObject != null) {
            return rtObject;
        }

        // 执行函数,如果返回值為空,返回
        Object sourceObject = joinPoint.proceed();
        if (sourceObject == null) {
            return null;
        }

        // 根据values获取object里的值，并生成用于redis存储的对象
        Class cl = sourceObject.getClass();


        // 插入数据库成功
        // 如果values没有值，那么redis对应的value为输入对象；否则根据输入参数重新生成对象
        if (rd.names() == null) {
            // 存入目标对象
            redisTemplate.opsForValue().set(key, sourceObject,rd.timeout(),TimeUnit.MINUTES);
        } else {
            // 将目标对象特定字段存入redis
            Object targetObject = cl.newInstance();
            for (String name : rd.names()) {
                try {
                    // 生成值到新的对象中
                    String upChar = name.substring(0, 1).toUpperCase();
                    String getterStr = "get" + upChar + name.substring(1);
                    Method getMethod = cl.getMethod(getterStr, new Class[] {});
                    Object objValue = getMethod.invoke(sourceObject, new Object[] {});

                    String setterStr = "set" + upChar + name.substring(1);
                    Method setMethod = cl.getMethod(setterStr, String.class);
                    setMethod.invoke(targetObject, objValue);
                } catch (Exception e) {
                    logger.error(e.getMessage(), e);
                }
            }

            // 存入目标对象,key=类名:keyvalue
            redisTemplate.opsForValue().set(key, targetObject,rd.timeout(),TimeUnit.MINUTES);
        }
        return sourceObject;

    }

五 项目规范化

我们使用了参数：

@RedisCachePut(value="users",key="#username",names={"name","gender","age"})

但在实际的使用中要求用常量来表示key前缀，比如

public final static String PRE_USER="users"

字符串固然是没有问题，数组貌似是没有办法用常量来定义的，PRE_USERS={"user1","user2"}，此时会报编译错误，解决方式就是直接使用String类型了，而后在具体的切面处理函数中再转成字符串。

六 分布式中使用

在分布式系统中redis中对象序列化、反序列化无法跨服务，即使对于同一个类名，在不同的服务中，是无法反序列化出来的，必须存储为纯String类型，所以新加了个转换器

public class StringJackson2JsonSerializer extends Jackson2JsonRedisSerializer {      
    private ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();   
    public StringJackson2JsonSerializer(Class type) {
        super(type);
        // TODO Auto-generated constructor stub
    }       
    public byte[] serialize(Object t) throws SerializationException {

        if (t == null) {
            return  new byte[0];
        }
        try {
            //将对象转为Json String然后再序列化，方便跨服务
            return this.objectMapper.writeValueAsBytes(JacksonUtil.objToJson(t));
        } catch (Exception ex) {
            throw new SerializationException("Could not write JSON: " + ex.getMessage(), ex);
        }
    }

这个转换器能够将所有的key-value的value存为string类型，这样就解决的跨服务对象传输的问题

七 优化

1 缩减存储字段

在redis中直接存储为String就可以了，所以只要把字段挑出来，存储为HashMap就可以了，所以将代码优化下

Map jsonMap = new HashMap();
......
jsonRedisTemplate.opsForValue().set(key, jsonMap);

2 重定义RedisTemplate

分布式存储需考虑存入json字符串，而原生则不能，而有些情况必须使用底层的RedisTemplate，所以必须定义一个xxTemplate来专职处理该情况，包括hash，set等。
//用来专门处理需要以json字符串存入redis中的redistemplate

@Bean
public RedisTemplate jsonRedisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
    RedisTemplate redisTemplate = new RedisTemplate();
    redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
    //序列化、反序列化，使用原始的json string存储到redis，方便跨服务
    StringJackson2JsonSerializer