基于Spring接口，集成Caffeine+Redis两级缓存

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在上一篇文章Redis+Caffeine两级缓存，让访问速度纵享丝滑中，我们介绍了3种整合Caffeine和Redis作为两级缓存使用的方法，虽然说能够实现功能，但实现手法还是太粗糙了，并且遗留了一些问题没有处理。本文将在上一篇的基础上，围绕两个方面进行进一步的改造：

• JSR107定义了缓存使用规范，spring中提供了基于这个规范的接口，所以我们可以直接使用spring中的接口进行Caffeine和Redis两级缓存的整合改造
• 在分布式环境下，如果一台主机的本地缓存进行修改，需要通知其他主机修改本地缓存，解决分布式环境下本地缓存一致性问题

好了，在明确了需要的改进问题后，下面我们开始正式修改。

改造

在上篇文章的v3版本中，我们使用自定义注解的方式实现了两级缓存通过一个注解管理的功能。本文我们换一种方式，直接通过扩展spring提供的接口来实现这个功能，在进行整合之前，我们需要简单了解一下JSR107缓存规范。

JSR107 规范

在JSR107缓存规范中定义了5个核心接口，分别是CachingProvider,CacheManager,Cache, Entry和Expiry，参考下面这张图，可以看到除了Entry和Expiry以外，从上到下都是一对多的包含关系。

从上面这张图我们可以看出，一个应用可以创建并管理多个CachingProvider，同样一个CachingProvider也可以管理多个CacheManager，缓存管理器CacheManager中则维护了多个Cache。

Cache是一个类似Map的数据结构，Entry就是其中存储的每一个key-value数据对，并且每个Entry都有一个过期时间Expiry。而我们在使用spring集成第三方的缓存时，只需要实现Cache和CacheManager这两个接口就可以了，下面分别具体来看一下。

Cache

spring中的Cache接口规范了缓存组件的定义，包含了缓存的各种操作，实现具体缓存操作的管理。例如我们熟悉的RedisCache、EhCacheCache等，都实现了这个接口。

在Cache接口中，定义了get、put、evict、clear等方法，分别对应缓存的存入、取出、删除、清空操作。不过我们这里不直接使用Cache接口，上面这张图中的AbstractValueAdaptingCache是一个抽象类，它已经实现了Cache接口，是spring在Cache接口的基础上帮助我们进行了一层封装，所以我们直接继承这个类就可以。

继承AbstractValueAdaptingCache抽象类后，除了创建Cache的构造方法外，还需要实现下面的几个方法：

// 在缓存中实际执行查找的操作，父类的get()方法会调用这个方法
protected abstract Object lookup(Object key);

// 通过key获取缓存值，如果没有找到，会调用valueLoader的call()方法
public  T get(Object key, Callable valueLoader);

// 将数据放入缓存中
public void put(Object key, Object value);

// 删除缓存
public void evict(Object key);

// 清空缓存中所有数据
public void clear();

// 获取缓存名称，一般在CacheManager创建时指定
String getName();

// 获取实际使用的缓存
Object getNativeCache();

因为要整合RedisTemplate和Caffeine的Cache，所以这些都需要在缓存的构造方法中传入，除此之外构造方法中还需要再传出缓存名称cacheName，以及在配置文件中实际配置的一些缓存参数。先看一下构造方法的实现：

public class DoubleCache extends AbstractValueAdaptingCache {
    private String cacheName;
    private RedisTemplate redisTemplate;
    private Cache caffeineCache;
    private DoubleCacheConfig doubleCacheConfig;

    protected DoubleCache(boolean allowNullValues) {
        super(allowNullValues);
    }

    public DoubleCache(String cacheName,RedisTemplate redisTemplate,
                       Cache caffeineCache,
                       DoubleCacheConfig doubleCacheConfig){
        super(doubleCacheConfig.getAllowNull());
        this.cacheName=cacheName;
        this.redisTemplate=redisTemplate;
        this.caffeineCache=caffeineCache;
        this.doubleCacheConfig=doubleCacheConfig;
    }
    //...
}

抽象父类的构造方法中只有一个boolean类型的参数allowNullValues，表示是否允许缓存对象为null。除此之外，AbstractValueAdaptingCache中还定义了两个包装方法来配合这个参数进行使用，分别是toStoreValue和fromStoreValue，特殊用途是用于在缓存null对象时进行包装、以及在获取时进行解析并返回。

我们之后会在CacheManager中调用后面这个自己实现的构造方法，来实例化Cache对象，参数中DoubleCacheConfig是使用@ConfigurationProperties读取的yml配置文件封装的数据对象，会在后面使用。

当一个方法添加了@Cacheable注解时，执行时会先调用父类AbstractValueAdaptingCache中的get(key)方法，它会再调用我们自己实现的lookup方法。在实际执行查找操作的lookup方法中，我们的逻辑仍然是先查找Caffeine、没有找到时再查找Redis：

@Override
protected Object lookup(Object key) {
    // 先从caffeine中查找
    Object obj = caffeineCache.getIfPresent(key);
    if (Objects.nonNull(obj)){
        log.info("get data from caffeine");
        return obj;
    }

    //再从redis中查找
    String redisKey=this.name+":"+ key;
    obj = redisTemplate.opsForValue().get(redisKey);
    if (Objects.nonNull(obj)){
        log.info("get data from redis");
        caffeineCache.put(key,obj);
    }
    return obj;
}

如果lookup方法的返回结果不为null，那么就会直接返回结果给调用方。如果返回为null时，就会执行原方法，执行完成后调用put方法，将数据放入缓存中。接下来我们实现put方法：

@Override
public void put(Object key, Object value) {
    if(!isAllowNullValues() && Objects.isNull(value)){
        log.error("the value NULL will not be cached");
        return;
    }

    //使用 toStoreValue(value) 包装，解决caffeine不能存null的问题
    caffeineCache.put(key,toStoreValue(value));

    // null对象只存在caffeine中一份就够了，不用存redis了
    if (Objects.isNull(value))
        return;

    String redisKey=this.cacheName +":"+ key;
    Optional expireOpt = Optional.ofNullable(doubleCacheConfig)
            .map(DoubleCacheConfig::getRedisExpire);
    if (expireOpt.isPresent()){
        redisTemplate.opsForValue().set(redisKey,toStoreValue(value),
                expireOpt.get(), TimeUnit.SECONDS);
    }else{
        redisTemplate.opsForValue().set(redisKey,toStoreValue(value));
    }
}

上面我们对于是否允许缓存空对象进行了判断，能够缓存空对象的好处之一就是可以避免缓存穿透。需要注意的是，Caffeine中是不能直接缓存null的，因此可以使用父类提供的toStoreValue()方法，将它包装成一个NullValue类型。在取出对象时，如果是NullValue，也不用我们自己再去调用fromStoreValue()将这个包装类型还原，父类的get方法中已经帮我们做好了。

另外，上面在put方法中缓存空对象时，只在Caffeine缓存中一份即可，可以不用在Redis中再存一份。

缓存的删除方法evict()和清空方法clear()的实现就比较简单了，直接删除一跳或全部数据即可：

@Override
public void evict(Object key) {
    redisTemplate.delete(this.cacheName +":"+ key);
    caffeineCache.invalidate(key);
}

@Override
public void clear() {
    Set