springboot的原生cache_详解SpringBoot的三种缓存技术(Spring Cache、Layering Cache 框架、Alibaba JetCache 框架)...

引言

​前两天在写一个实时数据处理的项目，项目要求是 1s 要处理掉 1k 的数据，这时候显然光靠查数据库是不行的，技术选型的时候老大跟我提了一下使用 Layering-Cache 这个开源项目来做缓存框架。

​之间问了一下身边的小伙伴，似乎对这块了解不多。一般也就用用 Redis 来缓存，应该是很少用多级缓存框架来专门性的管理缓存吧。

​趁着这个机会，我多了解了一些关于 SpringBoot 中缓存的相关技术，于是有了这篇文章！

在项目性能需求比较高时，就不能单单依赖数据库访问来获取数据了，必须引入缓存技术。

常用的有本地缓存、Redis 缓存。

本地缓存：也就是内存，速度快，缺点是不能持久化，一旦项目关闭，数据就会丢失。而且不能满足分布式系统的应用场景(比如数据不一致的问题)。

Redis 缓存：也就是利用数据库等，最常见的就是 Redis。Redis 的访问速度同样很快，可以设置过期时间、设置持久化方法。缺点是会受到网络和并发访问的影响。

本节介绍三种缓存技术：Spring Cache、Layering Cache 框架、Alibaba JetCache 框架。示例使用的 SpringBoot 版本是 2.1.3.RELEASE。非 SpringBoot 项目请参考文章中给出的文档地址。

一、Spring Cache

Spring Cache 是 Spring 自带的缓存方案，使用简单，既可以使用本地缓存，也可以使用 Redis

CacheType 包括:

GENERIC, JCACHE, EHCACHE, HAZELCAST, INFINISPAN, COUCHBASE, REDIS, CAFFEINE, SIMPLE, NONE

Spring Cache 的使用很简单，引入 即可，我这里使用创建的是一个 web 项目，引入的 `spring-boot-starter-web` 包含了 。

这里利用 Redis 做缓存，再引入 spring-boot-starter-data-redis依赖：

org.springframework.boot

spring-boot-starter-web

org.springframework.boot

spring-boot-starter-data-redis

在配置类 or Application 类上添加 @EnableCaching 注解以启动缓存功能。

配置文件很简洁(功能也比较少)：

server:

port: 8081

servlet:

context-path: /api

spring:

cache:

type: redis

redis:

host: 127.0.0.1

port: 6379

database: 1

下面我们编写一个对 User 进行增删改查的 Controller，实现对 User 的 save/delete/findAll 三个操作。为演示方便，DAO 层不接入数据库，而是使用 HashMap 来直接模拟数据库操作。

我们直接看 service 层的接口实现：

@Service

public class UserServiceImpl implements UserService {

@Autowired

private UserDAO userDAO;

@Override

@Cacheable(value = "user", key = "#userId")

public User findById(Integer userId) {

return userDAO.findById(userId);

}

@Override

@CachePut(value = "user", key = "#user.id", condition = "#user.id != null")

public User save(User user) {

user.setUpdateTime(new Date());

userDAO.save(user);

return userDAO.findById(user.getId());

}

@Override

@CacheEvict(value = "user", key = "#userId")

public boolean deleteById(Integer userId) {

return userDAO.deleteById(userId);

}

@Override

public List findAll() {

return userDAO.findAll();

}

}

我们可以看到使用了 @Cacheable、@CachePut、@CacheEvict 注解。

Cacheable：启用缓存，首先从缓存中查找数据，如果存在，则从缓存读取数据；如果不存在，则执行方法，并将方法返回值添加到缓存

@CachePut：更新缓存，如果 condition 计算结果为 true，则将方法返回值添加到缓存中

@CacheEvict：删除缓存，根据 value 与 key 字段计算缓存地址，将缓存数据删除

测试发现默认的对象存到 Redis 后是 binary 类型，我们可以通过修改 RedisCacheConfiguration 中的序列化规则去调整。比如：

@Configuration

public class RedisConfig extends CachingConfigurerSupport {

@Bean

public RedisCacheConfiguration redisCacheConfiguration(){

Jackson2JsonRedisSerializer jackson2JsonRedisSerializer = new Jackson2JsonRedisSerializer<>(Object.class);

RedisCacheConfiguration configuration = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig();

configuration = configuration.serializeValuesWith(RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(jackson2JsonRedisSerializer)).entryTtl(Duration.ofDays(30));

return configuration;

}

}

Spring Cache 的功能比较单一，例如不能实现缓存刷新、二级缓存等功能。下面介绍一个开源项目：Layering-Cache，该项目实现了缓存刷新、二级缓存(一级内存、二级 Redis)。同时较容易扩展实现为自己的缓存框架。

二、Layering Cache 框架

引入依赖：

com.github.xiaolyuh

layering-cache-starter

2.0.7

配置文件不需要做什么修改。启动类依然加上 @EnableCaching 注解。

然后需要配置一下 RedisTemplate：

@EnableCaching

@Configuration

public class RedisConfig extends CachingConfigurerSupport {

@Bean

public RedisTemplate redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {

return createRedisTemplate(redisConnectionFactory);

}

public RedisTemplate createRedisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {

RedisTemplate redisTemplate = new RedisTemplate<>();

redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);

// 使用Jackson2JsonRedisSerialize 替换默认序列化

Jackson2JsonRedisSerializer jackson2JsonRedisSerializer = new Jackson2JsonRedisSerializer(Object.class);

ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();

objectMapper.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);

objectMapper.enableDefaultTyping(ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL);

jackson2JsonRedisSerializer.setObjectMapper(objectMapper);

// 设置value的序列化规则和 key的序列化规则

redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());

redisTemplate.setValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);

//Map

redisTemplate.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());

redisTemplate.setHashValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);

redisTemplate.afterPropertiesSet();

return redisTemplate;

}

}

下面我们使用 layering 包中的 @Cacheable @CachePut @CatchEvict 三个注解来替换 Spring Cache 的默认注解。

@Service

public class UserServiceImpl implements UserService {

@Autowired

private UserDAO userDAO;

@Override

//@Cacheable(value = "user", key = "#userId")

@Cacheable(value = "user", key = "#userId",

firstCache = @FirstCache(expireTime = 5, timeUnit = TimeUnit.MINUTES),

secondaryCache = @SecondaryCache(expireTime = 10, preloadTime = 3, forceRefresh = true, isAllowNullValue = true, timeUnit = TimeUnit.MINUTES))

public User findById(Integer userId) {

return userDAO.findById(userId);

}

@Override

//@CachePut(value = "user", key = "#user.id", condition = "#user.id != null")

@CachePut(value = "user", key = "#user.id",

firstCache = @FirstCache(expireTime = 5, timeUnit = TimeUnit.MINUTES),

secondaryCache = @SecondaryCache(expireTime = 10, preloadTime = 3, forceRefresh = true, isAllowNullValue = true, timeUnit = TimeUnit.MINUTES))

public User save(User user) {

user.setUpdateTime(new Date());

userDAO.save(user);

return userDAO.findById(user.getId());

}

@Override

//@CacheEvict(value = "user", key = "#userId")

@CacheEvict(value = "user", key = "#userId")

public boolean deleteById(Integer userId) {

return userDAO.deleteById(userId);

}

@Override

public List findAll() {

return userDAO.findAll();

}

}

三、Alibaba JetCache 框架

JetCache是一个基于Java的缓存系统封装，提供统一的API和注解来简化缓存的使用。 JetCache提供了比SpringCache更加强大的注解，可以原生的支持TTL、两级缓存、分布式自动刷新，还提供了Cache接口用于手工缓存操作。 当前有四个实现，RedisCache、TairCache(此部分未在github开源)、CaffeineCache(in memory)和一个简易的LinkedHashMapCache(in memory)，要添加新的实现也是非常简单的。

全部特性:

通过统一的API访问Cache系统

通过注解实现声明式的方法缓存，支持TTL和两级缓存

通过注解创建并配置Cache实例

针对所有Cache实例和方法缓存的自动统计

Key的生成策略和Value的序列化策略是可以配置的

分布式缓存自动刷新，分布式锁 (2.2+)

异步Cache API (2.2+，使用Redis的lettuce客户端时)

Spring Boot支持

SpringBoot 项目中，引入如下依赖：

com.alicp.jetcache

jetcache-starter-redis

2.5.14

配置：

server:

port: 8083

servlet:

context-path: /api

jetcache:

statIntervalMinutes: 15

areaInCacheName: false

local:

default:

type: caffeine

keyConvertor: fastjson

remote:

default:

expireAfterWriteInMillis: 86400000 # 全局，默认超时时间，单位毫秒，这里设置了 24 小时

type: redis

keyConvertor: fastjson

valueEncoder: java #jsonValueEncoder #java

valueDecoder: java #jsonValueDecoder

poolConfig:

minIdle: 5

maxIdle: 20

maxTotal: 50

host: ${redis.host}

port: ${redis.port}

database: 1

redis:

host: 127.0.0.1

port: 6379

Application.class

@EnableMethodCache(basePackages = "com.example.springcachealibaba")

@EnableCreateCacheAnnotation

@SpringBootApplication

public class SpringCacheAlibabaApplication {

public static void main(String[] args) {

SpringApplication.run(SpringCacheAlibabaApplication.class, args);

}

}

字如其意，@EnableMethodCache用于注解开启方法上的缓存功能，@EnableCreateCacheAnnotation用于注解开启 @CreateCache 来引入 Cache Bean 的功能。两套可以同时启用。

这里以上面对 User 的增删改查功能为例：

3.1 通过 @CreateCache 创建 Cache 实例

@Service

public class UserServiceImpl implements UserService {

// 下面的示例为使用 @CreateCache 注解创建 Cache 对象来缓存数据的示例

@CreateCache(name = "user:", expire = 5, timeUnit = TimeUnit.MINUTES)

private Cache userCache;

@Autowired

private UserDAO userDAO;

@Override

public User findById(Integer userId) {

User user = userCache.get(userId);

if (user == null || user.getId() == null) {

user = userDAO.findById(userId);

}

return user;

}

@Override

public User save(User user) {

user.setUpdateTime(new Date());

userDAO.save(user);

user = userDAO.findById(user.getId());

// cache

userCache.put(user.getId(), user);

return user;

}

@Override

public boolean deleteById(Integer userId) {

userCache.remove(userId);

return userDAO.deleteById(userId);

}

@Override

public List findAll() {

return userDAO.findAll();

}

}

3.2 通过注解实现方法缓存

@Service

public class UserServiceImpl implements UserService {

// 下面为使用 AOP 来缓存数据的示例

@Autowired

private UserDAO userDAO;

@Autowired

private UserService userService;

@Override

@Cached(name = "user:", key = "#userId", expire = 1000)

//@Cached( name = "user:", key = "#userId", serialPolicy = "bean:jsonPolicy")

public User findById(Integer userId) {

System.out.println("userId: " + userId);

return userDAO.findById(userId);

}

@Override

@CacheUpdate(name = "user:", key = "#user.id", value = "#user")

public User save(User user) {

user.setUpdateTime(new Date());

boolean res = userDAO.save(user);

if (res) {

return userService.findById(user.getId());

}

return null;

}

@Override

@CacheInvalidate(name = "user:", key = "#userId")

public boolean deleteById(Integer userId) {

return userDAO.deleteById(userId);

}

@Override

public List findAll() {

return userDAO.findAll();

}

}

这里用到了三个注解：@Cached/@CacheUpdate/@CacheInvalidate，分别对应着 Spring Cache 中的 @Cacheable/@CachePut/@CacheEvict

3.3 自定义序列化器

默认的 value 存储格式是 binary 的，JetCache 提供的 Redis key 和 value 的序列化器仅有 java 和 kryo 两种。可以通过自定义序列化器来实现自己想要的序列化方式，比如 json。

JetCache 开发者提出：

jetcache老版本中是有三个序列化器的：java、kryo、fastjson。 但是fastjson做序列化兼容性不是特别好，并且某次升级以后单元测试就无法通过了，怕大家用了以后觉得有坑，就把它废弃了。 现在默认的序列化器是性能最差，但是兼容性最好，大家也最熟悉的java序列化器。

参考原仓库中 FAQ 中的建议，可以通过两种方式来定义自己的序列化器。

3.3.1 实现 SerialPolicy 接口

第一种方式是定义一个 SerialPolicy 的实现类，然后将其注册成一个 bean，然后在 @Cached 中的 serialPolicy 属性中指明 bean:name

比如：

import com.alibaba.fastjson.JSONObject;

import com.alicp.jetcache.CacheValueHolder;

import com.alicp.jetcache.anno.SerialPolicy;

import java.util.function.Function;

public class JsonSerialPolicy implements SerialPolicy {

@Override

public Function encoder() {

return o -> {

if (o != null) {

CacheValueHolder cacheValueHolder = (CacheValueHolder) o;

Object realObj = cacheValueHolder.getValue();

String objClassName = realObj.getClass().getName();

// 为防止出现 Value 无法强转成指定类型对象的异常，这里生成一个 JsonCacheObject 对象，保存目标对象的类型(比如 User)

JsonCacheObject jsonCacheObject = new JsonCacheObject(objClassName, realObj);

cacheValueHolder.setValue(jsonCacheObject);

return JSONObject.toJSONString(cacheValueHolder).getBytes();

}

return new byte[0];

};

}

@Override

public Function decoder() {

return bytes -> {

if (bytes != null) {

String str = new String(bytes);

CacheValueHolder cacheValueHolder = JSONObject.parseObject(str, CacheValueHolder.class);

JSONObject jsonObject = JSONObject.parseObject(str);

// 首先要解析出 JsonCacheObject，然后获取到其中的 realObj 及其类型

JSONObject jsonOfMy = jsonObject.getJSONObject("value");

if (jsonOfMy != null) {

JSONObject realObjOfJson = jsonOfMy.getJSONObject("realObj");

String className = jsonOfMy.getString("className");

try {

Object realObj = realObjOfJson.toJavaObject(Class.forName(className));

cacheValueHolder.setValue(realObj);

} catch (ClassNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

}

}

return cacheValueHolder;

}

return null;

};

}

}

注意，在 JetCache 的源码中，我们看到实际被缓存的对象的 CacheValueHolder，这个对象包括了一个泛型字段 V，这个 V 就是实际被缓存的数据。为了将 JSON 字符串和 CacheValueHolder(包括了泛型字段 V )进行互相转换，我在转换过程中使用 CacheValueHolder 和一个自定义的 JsonCacheObject 类，其代码如下：

public class JsonCacheObject {

private String className;

private V realObj;

public JsonCacheObject() {

}

public JsonCacheObject(String className, V realObj) {

this.className = className;

this.realObj = realObj;

}

// ignore get and set methods

}

然后定义一个配置类：

@Configuration

public class JetCacheConfig {

@Bean(name = "jsonPolicy")

public JsonSerializerPolicy jsonSerializerPolicy() {

return new JsonSerializerPolicy();

}

}

使用很简单，比如：

@Cached( name = "user:", key = "#userId", serialPolicy = "bean:jsonPolicy")

这种序列化方法是局部的，只能对单个缓存生效。

下面介绍如何全局序列化方法。

3.3.2 全局配置 SpringConfigProvider

JetCache 默认提供了两种序列化规则：KRYO 和 JAVA (不区分大小写)。

这里在上面的 JSONSerialPolicy 的基础上，定义一个新的 SpringConfigProvider：

@Configuration

public class JetCacheConfig {

@Bean

public SpringConfigProvider springConfigProvider() {

return new SpringConfigProvider() {

@Override

public Function parseValueDecoder(String valueDecoder) {

if (valueDecoder.equalsIgnoreCase("myJson")) {

return new JsonSerialPolicy().decoder();

}

return super.parseValueDecoder(valueDecoder);

}

@Override

public Function parseValueEncoder(String valueEncoder) {

if (valueEncoder.equalsIgnoreCase("myJson")) {

return new JsonSerialPolicy().encoder();

}

return super.parseValueEncoder(valueEncoder);

}

};

}

}

这里使用了类型 myJson作为新序列化类型的名称，这样我们就可以在配置文件的 jetcache.xxx.valueEncoder和 jetcache.xxx.valueDecoder 这两个配置项上设置值myJson/java/kryo三者之一了。

关于 Java 中缓存框架的知识就介绍到这里了，还有一些更加深入的知识，比如：如何保证分布式环境中缓存数据的一致性、缓存数据的刷新、多级缓存时定制化缓存策略等等。这些都留待以后再学习和介绍吧！

参考资料：

以上就是详解SpringBoot的三种缓存技术的详细内容，更多关于SpringBoot 缓存技术的资料请关注脚本之家其它相关文章！