SpringCache入门：轻松掌握缓存技术-原创手记-慕课网

概述

Spring Cache是Spring框架提供的一种机制，用于在应用中实现缓存功能。它简化了缓存的使用并支持多种缓存提供商，帮助开发者轻松实现应用的缓存功能。

引入SpringCache

SpringCache简介

Spring Cache是Spring框架提供的一种机制，用于在应用中实现缓存功能。它提供了一个统一的缓存抽象，使得开发者可以在不同的缓存实现之间轻松切换，而不需要修改大量的代码。Spring Cache支持多种缓存提供商，如Ehcache、Caffeine、Redis和Couchbase等。

SpringCache的优势

使用Spring Cache可以带来以下好处：

简化缓存使用：通过简单的注解，开发者可以很容易地在应用中添加缓存功能。
可配置性：开发者可以根据需要配置缓存策略，比如缓存过期时间、缓存刷新策略等。
灵活性：Spring Cache支持多种缓存提供者，可以根据实际需要选择适合的缓存实现。
透明性：通过AOP代理，缓存操作可以完全透明地进行，不需要修改业务代码。
易于测试：Spring Cache可以方便地模拟缓存行为，使得单元测试变得更加简单。

开启SpringCache

要在Spring Boot项目中启用Spring Cache，首先需要在pom.xml或build.gradle中添加Spring Cache相关依赖。以Maven为例，需要在pom.xml中添加以下依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   ibName="SpringCache入门：轻松掌握缓存技术" class="SpringCache入门：轻松掌握缓存技术">
    <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>

同时，需要在应用的主类或配置类上添加@EnableCaching注解，开启缓存功能。

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;

@SpringBootApplication
@EnableCaching
public class MyApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(MyApplication.class, args);
    }
}

SpringCache的基本使用

缓存注解介绍

Spring Cache提供了多个注解，用于在方法级别或类级别启用缓存。常见的注解有：

@Cacheable：用于标示一个方法的结果可以被缓存。
@CachePut：用于更新缓存，但方法仍然会执行。
@CacheEvict：用于清除缓存。
@Caching：用于组合使用多个缓存注解。

缓存注解的使用

@Cacheable

@Cacheable注解用于声明一个方法的结果可以被缓存。当方法被调用时，Spring Cache会检查缓存中是否存在对应的结果。如果存在，则直接返回缓存中的结果；如果不存在，则执行该方法并将结果存入缓存。

示例代码：

import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {

    @Cacheable(value = "users", key = "#id")
    public User getUserById(Long id) {
        // 模拟从数据库获取用户信息
        return new User(id, "User" + id);
    }
}

通过value属性指定缓存的名称，key属性指定缓存的键。#id表示使用方法的参数id作为缓存键。

@CachePut

@CachePut注解用于更新缓存。与@Cacheable不同的是，即使缓存中已经存在对应的结果，@CachePut注解的方法仍然会被执行并将新结果存入缓存。

示例代码：

import org.springframework.cache.annotation.CachePut;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {

    @CachePut(value = "users", key = "#user.id")
    public User updateUser(User user) {
        // 更新数据库中的用户信息
        return user;
    }
}

@CacheEvict

@CacheEvict注解用于清除缓存。当方法被调用时，它会从缓存中移除指定的条目。

示例代码：

import org.springframework.cache.annotation.CacheEvict;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {

    @CacheEvict(value = "users", key = "#id")
    public void deleteUserById(Long id) {
        // 删除数据库中的用户信息
    }
}

@Caching

@Caching注解用于组合使用多个缓存注解，可以灵活地控制缓存行为。

示例代码：

import org.springframework.cache.annotation.Caching;
import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;
import org.springframework.cache.annotation.CachePut;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {

    @Caching(
        put = @CachePut(value = "users", key = "#user.id"),
        evict = @CacheEvict(value = "users", key = "#id")
    )
    public User updateUser(User user, Long id) {
        // 更新数据库中的用户信息
        return user;
    }
}

缓存失效策略

当缓存中的数据过期或失效时，Spring Cache提供了多种策略来处理这种情况。常见的失效策略有：

Time-To-Live (TTL)：设置缓存项的生存时间。
Time-To-Idle (TTI)：设置缓存项空闲时间。
Refresh-Ahead：提前刷新缓存，避免缓存失效。
Sync：同步刷新缓存。
On-Miss：缓存未命中时加载缓存。

示例代码：

import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {

    @Cacheable(value = "users", key = "#id", ttl = 1800)
    public User getUserById(Long id) {
        // 模拟从数据库获取用户信息
        return new User(id, "User" + id);
    }
}

通过ttl属性设置缓存项的生存时间为1800秒（30分钟）。

SpringCache的配置详解

缓存管理器配置

要使用Spring Cache，必须配置一个缓存管理器。Spring Cache提供了多种缓存管理器实现，常见的有SimpleCacheManager、CaffeineCacheManager和RedisCacheManager等。

SimpleCacheManager

SimpleCacheManager是Spring Cache提供的一种简单的缓存管理器，它使用ConcurrentMapCache作为缓存实现。

示例代码：

import org.springframework.cache.CacheManager;
import org.springframework.cache.concurrent.ConcurrentMapCacheFactoryBean;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class CacheConfig {

    @Bean
    public CacheManager cacheManager() {
        return new ConcurrentMapCacheManager();
    }
}

RedisCacheManager

如果你使用Redis作为缓存提供者，可以配置RedisCacheManager。

示例代码：

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheManager;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;

@Configuration
public class RedisCacheConfig {

    @Bean
    public JedisConnectionFactory connectionFactory() {
        return new JedisConnectionFactory();
    }

    @Bean
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory factory) {
        RedisTemplate<String, Object> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(factory);
        return template;
    }

    @Bean
    public CacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory factory) {
        RedisCacheManager cacheManager = new RedisCacheManager(factory);
        return cacheManager;
    }
}

缓存注解的配置

Spring Cache的缓存注解默认使用ConcurrentMapCache作为缓存实现。如果要使用其他缓存实现，可以在配置类中重写CacheManager。

示例代码：

import org.springframework.cache.CacheManager;
import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheManager;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {

    @Bean
    public JedisConnectionFactory connectionFactory() {
        return new JedisConnectionFactory();
    }

    @Bean
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory factory) {
        RedisTemplate<String, Object> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(factory);
        return template;
    }

    @Bean
    public CacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory factory) {
        RedisCacheManager cacheManager = new RedisCacheManager(factory);
        return cacheManager;
    }
}

自定义缓存的配置

除了使用默认的缓存配置，还可以通过自定义缓存配置来满足特定需求。例如，可以设置缓存的过期时间、缓存的刷新策略等。

示例代码：

import org.springframework.cache.CacheManager;
import org.springframework.cache.concurrent.ConcurrentMapCacheFactoryBean;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class CacheConfig {

    @Bean
    public CacheManager cacheManager() {
        ConcurrentMapCacheFactoryBean factory = new ConcurrentMapCacheFactoryBean();
        factory.setCacheNames(Arrays.asList("users", "orders"));
        factory.setExpireAfterWrite(1800); // 设置缓存过期时间为1800秒（30分钟）
        return factory.getObject();
    }
}

通过setExpireAfterWrite方法设置缓存的过期时间。

SpringCache的常见问题与解决办法

常见问题汇总

在使用Spring Cache时，可能会遇到一些常见问题，比如缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩等。这些问题会影响系统的性能和稳定性。

缓存穿透问题及其解决办法

缓存穿透指的是查询一个不存在的缓存键时，直接穿透到后端数据库，导致数据库压力过大。解决缓存穿透问题的方法有：

布隆过滤器：使用布隆过滤器提前检查缓存键是否存在，避免穿透到数据库。
设置默认值：如果查询的键不存在，设置一个默认值并缓存起来。

示例代码：

import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {

    @Cacheable(value = "users", key = "#id")
    public User getUserById(Long id) {
        if (id < 0) {
            // 查询的键不存在，设置默认值并缓存
            return new User(id, "DefaultUser");
        }
        // 模拟从数据库获取用户信息
        return new User(id, "User" + id);
    }
}

缓存击穿问题及其解决办法

缓存击穿指的是大量请求同时访问同一个缓存键，导致缓存失效后立即访问数据库，造成数据库压力过大。解决缓存击穿问题的方法有：

互斥锁：使用分布式锁限制同一时间只有一个线程访问数据库。
缓存预热：在应用启动时将热点数据加载到缓存中。

示例代码：

import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {

    @Cacheable(value = "users", key = "#id")
    public User getUserById(Long id) {
        if (id.equals(1000L)) {
            // 使用分布式锁限制访问
            synchronized (this) {
                // 模拟从数据库获取用户信息
                return new User(id, "User" + id);
            }
        }
        return new User(id, "User" + id);
    }
}

其他常见问题与解决办法

缓存雪崩问题及其解决办法

缓存雪崩指的是缓存服务在某个时间点集体失效，导致大量请求直接穿透到后端数据库，造成数据库压力过大。解决缓存雪崩问题的方法有：

缓存失效策略：使用缓存失效策略，比如TTL（Time-To-Live）和TTI（Time-To-Idle）。
随机分片：将缓存项设置不同的失效时间，避免同时失效。
熔断降级：在缓存失效时，提供降级方案，避免直接访问数据库。

示例代码：

import org.springframework.cache.CacheManager;
import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;
import org.springframework.cache.annotation.CacheEvict;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheManager;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;

@Configuration
public class CacheConfig {

    @Bean
    public JedisConnectionFactory connectionFactory() {
        return new JedisConnectionFactory();
    }

    @Bean
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory factory) {
        RedisTemplate<String, Object> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(factory);
        return template;
    }

    @Bean
    public CacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory factory) {
        RedisCacheManager cacheManager = new RedisCacheManager(factory);
        // 设置缓存项的失效时间
        cacheManager.setDefaultExpiration(1800);
        return cacheManager;
    }
}

SpringCache使用案例

实际场景应用

在实际应用中，Spring Cache可以用于减少对数据库的访问，提高系统的响应速度。例如，在电商网站中，可以将商品信息缓存起来，减少对数据库的查询次数。

代码实现示例

假设我们有一个电商网站，希望通过缓存提高商品信息的查询速度。

商品服务类

import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class ProductService {

    @Cacheable(value = "products", key = "#productId")
    public Product getProductById(Long productId) {
        // 模拟从数据库获取商品信息
        return new Product(productId, "Product" + productId);
    }
}

商品控制器

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class ProductController {

    @Autowired
    private ProductService productService;

    @GetMapping("/products/{productId}")
    public Product getProduct(@PathVariable Long productId) {
        return productService.getProductById(productId);
    }
}

测试与调试

为了确保缓存功能正常工作，可以编写单元测试来验证缓存行为。

单元测试

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;

@SpringBootTest
public class ProductServiceTest {

    @Autowired
    private ProductService productService;

    @Test
    public void testGetProductById() {
        Product product1 = productService.getProductById(1L);
        assertEquals("Product1", product1.getName());

        // 再次调用，验证结果是否来自缓存
        Product product2 = productService.getProductById(1L);
        assertEquals("Product1", product2.getName());
    }
}

总结与进阶建议

知识回顾

通过本文的介绍，我们了解了Spring Cache的基本概念、使用方法、配置方式以及常见问题的解决办法。Spring Cache提供了一种简单易用的缓存机制，帮助开发者轻松实现应用的缓存功能。

进一步学习的方向

要进一步了解Spring Cache，可以深入学习以下内容：

缓存策略：学习更多的缓存策略，比如缓存预热、缓存刷新等。
缓存提供商：熟悉不同的缓存提供者，例如Redis、Ehcache等。
缓存与并发控制：学习如何在高并发场景下正确使用缓存。
Spring Cloud与缓存：了解Spring Cloud如何与缓存结合使用，例如通过Spring Cloud Cache实现分布式缓存。

常用资源推荐

慕课网：提供丰富的Spring Cache课程和实战项目，适合不同层次的开发者。
Spring官方文档：包含Spring Cache的详细教程和示例代码，是学习的权威资源。