[spring]Spring Cache学习

一、前言

  最近在和同事一块做一个需求的时候，看了下同事的代码，在使用缓存这块看到了Spring Cache这个玩意，感到很陌生。看了下简介，这玩意从Spring 3.X之后都有了，但我却一点也不了解，感到很惭愧，于是赶紧花了点时间学习下。

本文已学习注解为主，毕竟Spring Boot这类注解式的框架已逐渐成为了主流。参考的Spring版本是4.3.15。

二、Spring Cache注解

1. 简介

Spring Cache是Spring3.1之后引入的基于注解的缓存方案，旨在通过少量的注解，达到能完成缓存功能的效果。其中涉及到的注解如下：

  • EnableCaching
  • Cacheable
  • CacheEvict
  • CachePut
  • CacheConfig
  • Caching

  目前版本包含了这六个注解，接下来我们将挨个简单介绍下这些注解，然后提供一些简单的例子来作为参考：

  1. 首先，这些注解都位于spring-context包下，具体地址是org.springframework.cache.annotation包下，我们通过API学习的时候可以根据这个地址进行查找。
  2. 其次，Spring Cache的XML实现，是通过命名空间cache来实现的，如果要基于XML来使用的话，记得先引入cache命名空间，接下来我们介绍各个注解的时候，会顺便提一下对应的XML的配置。
2. EnableCaching注解

  该注解是最基础的注解，用于启用Spring的缓存管理功能，类似于Spring XML配置中的<cache:annotation-driven> 标签。开启Spring的缓存功能后，我们还需要配置CacheManager对象。
  CacheManager是用于管理spring cache的实现的，只要使用spring cache，该对象是必须要配置的。该接口有多种实现方式，比如 CaffeineCacheManager，EhCacheCacheManager，ConcurrentMapCacheManager，SimpleCacheManager等；我们来看一个简单的配置：

@Configuration
@EnableCaching
public class AppConfig {
    @Bean
    public CacheManager cacheManager() {
        // configure and return an implementation of Spring's CacheManager SPI
        SimpleCacheManager cacheManager = new SimpleCacheManager();
        cacheManager.setCaches(Arrays.asList(new ConcurrentMapCache("default")));
        return cacheManager;
    }
}

不过我们也可以继承CachingConfigurerSupport来配置：

@Configuration
@EnableCaching
public class AppConfig extends CachingConfigurerSupport {

    @Bean
    @Override
    public CacheManager cacheManager() {
        // configure and return an implementation of Spring's CacheManager SPI
        SimpleCacheManager cacheManager = new SimpleCacheManager();
        cacheManager.setCaches(Arrays.asList(new ConcurrentMapCache("default")));
        return cacheManager;
    }

    @Bean
    @Override
    public KeyGenerator keyGenerator() {
        // configure and return an implementation of Spring's KeyGenerator SPI
        return new MyKeyGenerator();
    }
}

而EnableCaching注解，有以下三个参数：

  1. proxyTargetClass，是否使用CGLIB代理，而不是默认的Java接口代理。默认是false；
  2. mode，缓存的代理模式，默认是AdviceMode.PROXY，有两种选择，另一种是AdviceMode.ASPECTJ。使用proxy代理的话，有一个问题就是，缓存方法在外部调用的时候才会被拦截生效，而同一个类的本地调用不会被拦截；这个问题适用于所有使用spring代理的情况，比如Transactional, Async等相关注解；并且proxy模式下，只有public方法上的才会生效；
  3. order，缓存的顺序；

因为Spring Cache是基于Spring的代理模式来实现的，所以上面存在的内部调用问题还是要注意下。

3. Cacheable注解

该注解用于创建缓存，同样来看一下它的参数。

  1. value/cacheNames，这两个参数用于表示缓存的前缀，数组类型，可以指定多个；
  2. condition，SpEL 表达式，用于条件过滤，表示当满足该条件的情况下才进行缓存；true或者false，只有为true时才进行缓存；
  3. key，SpEL表达式，缓存的key，Spring提供了专用的缓存相关元数据root对象和result：（redisKey = cacheNames::key (注意中间的两个冒号)）
元数据 对应的描述 示例
methodName 当前方法名 #root.methodName
method 当前方法 #root.method.name
target 当前被调用的对象 #root.target
targetClass 当前被调用的对象的class #root.targetClass
args 当前方法参数组成的数组 #root.args[0]
caches 当前被调用的方法使用的Cache #root.caches[0].name
参数名 方法参数的名字，可以直接 #参数名或者使用 #p0或#a0 的 形式， 0代表参数的索引； #iban, #a0, #p0, #p<#arg>
result 方法执行完成的返回值（仅当方法执行之后的判断有效，如 unless, beforeInvocation=false） #result

当然，我们在使用root对象的属性作为key时我们也可以将“#root”省略，因为Spring默认使用的就是root对象的属性。

其中key的生成策略有两种，一种是默认策略，一种是自定义策略，但无论哪种策略，都是借助KeyGenerator生成的，其默认策略如下：

  • 1.如果方法没有参数，则key是SimpleKey.EMPTY;
  • 2.如果只有一个参数的话则使用该参数作为key;
  • 3.如果参数多于一个的话，则返回一个包含所有参数的SimpleKey；

The default key generation strategy changed with the release of Spring 4.0. Earlier versions of Spring used a key generation strategy that, for multiple key parameters, only considered the hashCode() of parameters and not equals(); this could cause unexpected key collisions (see SPR-10237 for background). The new 'SimpleKeyGenerator' uses a compound key for such scenarios.

大概意思是，原先版本默认的生成策略，对于多个参数的情况只考虑了参数的hashcode，而没有考虑equals，这有可能导致意外的键冲突，而新的SimpleKeyGenerator则使用了符合键的操作。

如果默认策略满足不了的话，我们可以自定义我们的KeyGenerator，然后指定Spring Cache使用的KeyGenerator为我们自己定义的KeyGenerator即可；

@Cacheable(value = "userCache", key = "#a0")
public User test(String id) {
    System.out.println("-------------------测试缓存方法-------------");
    User user = queryDb(id);
    return user;
}
  1. keyGenerator，前面已经说过，key的自定义生成器，如果不想使用key属性，可以自定义key的实现，继承KeyGenerator；该属性和key是互斥的；
  2. cacheManager，cacheManager的bean配置；
  3. cacheResolver，同样，如果不想使用默认的cacheManager的几种实现，也可以通过该属性来自定义实现，该属性与cacheManager互斥；
  1. unless，用于否决缓存的，和condition不同，condition是在方法开始之前判断，而该属性是在方法执行完成之后判断；所以condition不能通过方法返回值来判断，而unless属性可以；方法返回值是通过元数据result来表示的，true时表示不会缓存，为false时表示进行缓存；
@Cacheable(value = "userCache", unless = "#result == null")
public User test(String id) {
    System.out.println("-------------------测试缓存方法-------------");
    User user = queryDb(id);
    return user;
}

需要简单注意的是，返回值如果是Optional的话，表示的是实际的对象，而不是包装器对象；同样，key的几种表示方式也适合该属性；

  1. sync，表示是否异步，默认为false，也就是同步；一般情况下，Spring的Cache的缓存过期之后，这时候如果多个线程同时对某个数据进行访问，会同时去访问数据库，有可能导致数据库的压力顿时增大，所以Spring4.3之后引入了sync注解，当设置它为true时，会将缓存锁定，只有一个线程的请求会去访问数据库，其他线程都会等待直到缓存可用，这个设置可以减少对数据库的瞬间并发访问；
    • 注意，不支持unless；实际上该属性只是一个提示或建议，至于是否支持要看我们的cache provider ；
4. CacheEvict注解

  该注解用于缓存的清除，由于该注解的参数与Cacheable的参数大部分都是相同的，这里来简单介绍下CacheEvict注解独有的两个参数：

  1. allEntries，是否清空所有的缓存内容，默认为false，如果指定为 true，则方法调用后将清空所有缓存；不过不允许在该值设置为true的情况下，再设置key的值；
  2. beforeInvocation，是否在调用该方法之前清空缓存，默认为false；如果为true，在该方法被调用前就清空缓存，不用考虑该方法的执行结果(即不考虑是否抛出异常)；而默认情况下，如果方法执行时发生异常，则不会清除缓存；
@CacheEvict(value = "userCache", key = "#a0", allEntries = true)
public User evict(String id) {
    return queryDb(id);
}
5. CachePut注解

该注解用于缓存的更新，不过需要注意的是，如果返回值是JDK 8的Optional的类型的话程序会自动处理；参数方面和Cacheable完全一致，就不多说了。

6. CacheConfig注解

  用于类级别的缓存的公用配置。有的时候，一个类中多个缓存可能会有重复的属性，我们可以使用该注解将这些重复的属性提取出来。参数有cacheNames、keyGenerator、cacheManager、cacheResolver这几个属性，我们前文已经说过，这里不多说了；

7. Caching注解

用于组合多个缓存的配置，是一个组注解；属性直接看源码就知道了：

@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Inherited
@Documented
public @interface Caching {

    Cacheable[] cacheable() default {};

    CachePut[] put() default {};

    CacheEvict[] evict() default {};

}};

使用的话可以看下：

@Caching(cacheable = {@Cacheable(value = "userCache", key = "#a0", unless = "#"),
      @Cacheable(value = "userCache", key = "#a0", unless = "#")})
8. 总结

  Spring Cache中涉及到的常用的注解就这几个，其中多个注解的参数还都是相同的，所以学习起来比较简单。

  1. 虽然这些注解可以用于方法和类上，但一般情况下都是用于方法上；
  2. 这些中的大部分注解都可以作为元注解，所以我们可以在这些注解基础上自定义我们的注解；

三、Spring Cache的XML配置

虽然本篇文章的重点是介绍注解的，但还是简单来说下XML中cache的配置。Spring的Cache的XML配置，最外层的标签只有两个：

1. <cache:annotation-driven>

该标签我们前文简单说过，用于开启Spring的缓存功能，其中该标签的几个属性和EnableCaching注解的几个参数是相同的：

  1. mode，proxy-target-class，order，这三个参数EnableCaching注解是相同的；
  2. cache-manager，这个我们也说过了，用于配置缓存的实现CacheManager，key-generator，这个则是自定义key的实现；
<cache:annotation-driven key-generator="" cache-manager="" order="" proxy-target-class="" 
    mode="proxy"/>
2. <cache:advice>

该标签则是用于配置缓存的具体实现，包含创建，清除，更新等对应功能。我们先来看下配置：

<cache:advice cache-manager="" key-generator="" id="">
    <cache:caching key-generator="" cache-manager="" condition="" cache="" key="" method="">
        <cache:cacheable method="" key="" cache="" condition="" cache-manager="" key-generator="" unless=""/>
        <cache:cache-put method="" key="" cache="" condition="" cache-manager="" key-generator="" unless=""/>
        <cache:cache-evict method="" key="" cache="" condition="" cache-manager=""  key-generator=""  before-invocation="true" all-entries="true"/>
    </cache:caching>
</cache:advice>

<cache:advice>的所有配置都在这了，而这些配置属性与注解中的属性是一一对应的，这里就不多说了。

四、Spring Cache 的一些小问题

1. 缓存有效时间问题

  前面学习@Cacheable的使用的时候，没有涉及到有关缓存的有效时间的设置。这是因为Spring Cache自带的默认的基于ConcurrentHashMap的CacheManager实现是没有自动过期这一功能的。Spring Cache支持了许多第三方的Cache实现，不同的Cache对过期时间的处理是不一样的，所以我们如果需要实现有效时间的问题，可以采用如下几种方式：

  1. 以@Cachable为元注解，自定义我们的的注解实现；
  2. 在@CacheEvict基础上，结合Scheduled注解，通过定时任务的形式来实现，不过要注意多个key的问题；
  3. 使用第三方Cache，如Redis，EhCache等实现；

比如说：

public CacheManager cacheManager() {
    RedisCacheManager redisCacheManager =newRedisCacheManager(redisTemplate());
    redisCacheManager.setTransactionAware(true);
    redisCacheManager.setLoadRemoteCachesOnStartup(true);
    redisCacheManager.setUsePrefix(true);
    //配置缓存的过期时间
    Mapexpires =newHashMap();
    expires.put("token",expiration);
    redisCacheManager.setExpires(expires);
    return redisCacheManager;
}

这里截取Spring Cache文档最后一节：

36.8 How can I set the TTL/TTI/Eviction policy/XXX feature?
Directly through your cache provider. The cache abstraction is… well, an abstraction not a cache implementation. The solution you are using might support various data policies and different topologies which other solutions do not (take for example the JDK ConcurrentHashMap) - exposing that in the cache abstraction would be useless simply because there would no backing support. Such functionality should be controlled directly through the backing cache, when configuring it or through its native API.

本文参考自：
Spring 4.3.15 官方API 文档，Spring 4.3.15 官方文档（强烈建议查看）
IBM社区-注释驱动的 Spring cache 缓存介绍
使用Spring4.3解决缓存过期后多线程并发访问数据库的问题

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