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程序員大陽 · 更新于 2021-04-25

Spring Boot 緩存應用場景

1. 前言

緩存是性能提升的大殺器！

要知道，內存的讀寫速度是硬盤的幾十倍到上百倍。緩存實際上就是利用內存的高速讀寫特性，提高熱點數據的操作速度。

Spring Boot 中使用緩存非常簡單，并且支持多種緩存實現。

本篇介紹比較常用的幾種緩存實現方式，及其對應的應用場景。

2. Spring Boot 默認緩存

Spring Boot 默認緩存是基于 ConcurrenMapCacheManager 緩存管理器實現的，從這個類名就能發現它本質上應該是一個 Map 集合容器。

ConcurrenMapCacheManager 結構比較簡單，一般用于比較輕量級的緩存使用場景。也就是緩存的數據量比較小，緩存操作不是特別頻繁的場景。

接下來就具體演示下， Spring Boot 默認緩存實現過程。

2.1 使用 Spring Initializr 創建項目

Spring Boot 版本選擇 2.2.5 ，Group 為 com.imooc ， Artifact 為 spring-boot-cache ，生成項目后導入 Eclipse 開發環境。

2.2 引入項目依賴

引入 Web 項目依賴和緩存依賴。

實例：

		<!-- Web 依賴 -->
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
		</dependency>
		<!-- 緩存依賴 -->
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
		</dependency>

2.3 開啟緩存

在啟動類上添加注解 @EnableCaching 開啟緩存功能。

實例：


@SpringBootApplication
@EnableCaching // 開啟緩存
public class SpringBootCacheApplication {
	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(SpringBootCacheApplication.class, args);
	}
}

2.4 定義服務層方法

正常服務層方法會調用數據訪問層方法訪問數據庫，此處我們只需要演示緩存的作用，所以打印日志代替數據庫訪問方法。

實例：

/**
 * 商品服務類
 */
@Service
@CacheConfig(cacheNames = "GoodsCache")
public class GoodsService {

	private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());

	/**
	 * 按id獲取商品信息
	 */
	@Cacheable
	public GoodsDo getById(Long id) {
		logger.info("getById({})", id);
		GoodsDo goods = new GoodsDo();
		goods.setId(id);
		goods.setName("goods-" + id);
		return goods;
	}

	/**
	 * 刪除商品
	 */
	@CacheEvict(key = "#id")
	public void remove(Long id) {
		logger.info("remove({})", id);
	}

	/**
	 * 編輯商品信息
	 */
	@CachePut(key = "#goods.id")
	public GoodsDo edit(GoodsDo goods) {
		logger.info("edit id:{}", goods.getId());
		return goods;
	}
}

對于使用緩存的 GoodsService 服務類，我們需要具體解釋下：

  1. @CacheConfig 注解用于指定本類中方法使用的緩存名稱，該類使用的緩存名稱為 GoodsCache ，與其他緩存區域是隔離的。
  2. @Cacheable 用于開啟方法緩存，緩存的鍵是方法的參數，緩存的值是方法的返回值。如果多次調用該方法時參數 id 值相同，則第一次會執行方法體，并將返回值放入緩存；后續方法不會再執行方法體，直接將緩存的值返回。
  3. @CachePut 可以更新緩存，key = "#id" 表示采用參數中的 id 屬性作為鍵。當緩存中該鍵的值不存在時，則將返回值放入緩存；當緩存中該鍵的值已存在時，會更新緩存的內容。
  4. @CacheEvict 可以移除緩存，當調用該方法時，會移除 goods 中 id 屬性對應的緩存內容。

2.5 測試

為了充分理解緩存的含義，我們通過測試類發起測試。

實例：

@SpringBootTest
class SpringBootCacheApplicationTests {
	private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());
	@Autowired
	private CacheManager cacheManager;

	@Autowired
	private GoodsService goodsService;

	// 顯示當前使用的緩存管理器類型
	@Test
	void showCacheManager() {
		// 輸出：org.springframework.cache.concurrent.ConcurrentMapCacheManager
		logger.info(cacheManager.getClass().toString());
	}

	// 緩存測試
	@Test
	void cacheTest() {
		// 第一次執行，沒有緩存，執行方法體
		goodsService.getById(1L);
		// 再次執行，直接取出緩存，不執行方法體
		goodsService.getById(1L);
		// 移除緩存
		goodsService.remove(1L);
		// 再次執行，已經沒有對應緩存，所以執行方法體
		GoodsDo oldGoods = goodsService.getById(1L);
		// 打印緩存內容
		logger.info("old goods id:{} name:{}", oldGoods.getId(), oldGoods.getName());
		// 更新緩存
		GoodsDo temp = new GoodsDo();
		temp.setId(1L);
		temp.setName("新的商品");
		goodsService.edit(temp);
		// 查詢并打印已更新的緩存內容
		GoodsDo newGoods = goodsService.getById(1L);
		logger.info("new goods id:{} name:{}", newGoods.getId(), newGoods.getName());
	}
}

我們查看下控制臺輸出如下，驗證了我們設計的緩存機制。

圖片描述

使用 Spring Boot 默認緩存時控制臺輸出內容

3. 使用 Ehcache 緩存

Spring Boot 默認的緩存實現比較簡單，功能也十分有限。如果是企業級的中大型應用，需要尋求更加穩定、可靠的緩存框架。

Ehcache 是 Java 編程領域非常著名的緩存框架，具備兩級緩存數據——內存和磁盤，因此不必擔心內存容量問題。另外 Ehcache 緩存的數據會在 JVM 重啟時自動加載，不必擔心斷電丟失緩存的問題。

總之 Ehcache 的功能完整性和運行穩定性遠遠強于 Spring Boot 默認的緩存實現方式，而且 Spring Boot 使用 Ehcache 非常便捷，接下來我們就來實現下。

3.1 添加 Ehcache 依賴

我們在 spring-boot-cache 項目的基礎上添加 Ehcache 依賴。

實例：

		<!-- Ehcache 依賴 -->
		<dependency>
			<groupId>org.ehcache</groupId>
			<artifactId>ehcache</artifactId>
		</dependency>
		<!-- cache-api 依賴 -->
		<dependency>
			<groupId>javax.cache</groupId>
			<artifactId>cache-api</artifactId>
		</dependency>

3.2 添加 Ehcache 配置文件

首先在 application.properties 中指定配置文件的位置。

實例：

spring.cache.jcache.config=classpath:ehcache.xml
spring.cache.type=jcache

然后在 resource 文件夾中添加 ehcache.xml 配置文件，內容如下：

實例：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<config xmlns:xsi='http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance'
	xmlns='http://www.ehcache.org/v3'
	xsi:schemaLocation="http://www.ehcache.org/v3 http://www.ehcache.org/schema/ehcache-core.xsd">
	<!-- 持久化路徑 -->
	<persistence directory="C://ehcache" />
	<!--緩存模板 -->
	<cache-template name="CacheTemplate">
		<expiry>
			<!--存活時間 -->
			<tti>60</tti>
		</expiry>
		<resources>
			<!--堆空間 -->
			<heap unit="entries">2000</heap>
			<!-- 堆外空間 -->
			<offheap unit="MB">500</offheap>
		</resources>
	</cache-template>

	<!--緩存對象 -->
	<cache alias="GoodsCache" uses-template="CacheTemplate">
	</cache>
</config>

Tips：Ehcache 的配置比較復雜，此處只是給出簡單的示例，感興趣的同學可以查閱更多資料。

3.3 測試

由于之前已經在啟動類添加 @EnableCaching ，我們再次運行測試類，輸出結果如下。

圖片描述

使用 Ehcache 時控制臺輸出內容

注意控制臺出現了 EhcacheManager 的字樣，說明我們此時使用的緩存是 Ehcache 。

4. 使用 Redis 緩存

Ehcache 依然是 Java 進程內的緩存框架，受限于 JVM 整體的內存分配策略。

如果是大型系統，緩存的數據量特別大，且性能要求很高，可以考慮直接使用 Redis 作為緩存。

Redis 可以采用單機、主備、集群等模式，視乎具體項目需求決定即可。目前各大云計算廠商均提供商用版的 Redis 緩存服務，性能卓越且接入簡單快速。

本節簡單地演示 Spring Boot 中使用 Redis 單機緩存的方法，真實生產環境中建議至少使用主備類型的 Redis 實例。

圖片描述

華為云提供的緩存服務

4.1 修改緩存依賴

因為需要使用 Redis 緩存，所以將引入的依賴項修改如下：

實例：

		<!-- Web 依賴 -->
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
		</dependency>
		<!-- 緩存依賴 -->
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
		</dependency>
		<!-- Redis 相關依賴 -->
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
		</dependency>
		<dependency>
			<groupId>io.lettuce</groupId>
			<artifactId>lettuce-core</artifactId>
		</dependency>
		<dependency>
			<groupId>redis.clients</groupId>
			<artifactId>jedis</artifactId>
		</dependency>

4.2 修改緩存配置

修改 application.properties 配置文件，將 Redis 配置及緩存配置設置如下：

實例：

# 過期時間
spring.cache.redis.time-to-live=6000s

# Redis庫的編號
spring.redis.database=0
# Redis實例地址
spring.redis.host=127.0.0.1
# Redis實例端口號，默認6379
spring.redis.port=6379
# Redis登錄密碼
spring.redis.password=Easy@0122
# Redis連接池最大連接數
spring.redis.jedis.pool.max-active=10
# Redis連接池最大空閑連接數
spring.redis.jedis.pool.max-idle=10
# Redis連接池最小空閑連接數
spring.redis.jedis.pool.min-idle=0

4.3 測試

由于之前已經通過注解 @EnableCaching 開啟了緩存功能，此時我們直接運行測試類進行測試，輸出結果如下：

圖片描述

使用 Redis 緩存時控制臺輸出內容

從上圖輸出結果可以看出，已經成功使用了 Redis 緩存管理器。

另外我們可以直接使用 Redis 客戶端查看生成的緩存信息，如下圖已經有名為 GoodsCache::1 的緩存鍵存在了。

圖片描述

Redis 客戶端查看緩存信息

5. 小結

Spring Boot 支持多種緩存實現方式，可以根據項目需求靈活選擇。

  • 緩存數據量較小的項目，可以使用 Spring Boot 默認緩存。
  • 緩存數據量較大的項目，可以考慮使用 Ehcache 緩存框架。
  • 如果是大型系統，對緩存的依賴性比較高，還是建議采用獨立的緩存組件 Redis ，通過主備、集群等形式提高緩存服務的性能和穩定性。