Spring Boot 缓存应用场景

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Spring Boot 缓存应用场景

1. 前言

缓存是性能提升的大杀器！

要知道，内存的读写速度是硬盘的几十倍到上百倍。缓存实际上就是利用内存的高速读写特性，提高热点数据的操作速度。

Spring Boot 中使用缓存非常简单，并且支持多种缓存实现。

本篇介绍比较常用的几种缓存实现方式，及其对应的应用场景。

2. Spring Boot 默认缓存

Spring Boot 默认缓存是基于 ConcurrenMapCacheManager 缓存管理器实现的，从这个类名就能发现它本质上应该是一个 Map 集合容器。

ConcurrenMapCacheManager 结构比较简单，一般用于比较轻量级的缓存使用场景。也就是缓存的数据量比较小，缓存操作不是特别频繁的场景。

接下来就具体演示下， Spring Boot 默认缓存实现过程。

2.1 使用 Spring Initializr 创建项目

Spring Boot 版本选择 2.2.5 ，Group 为 com.imooc ， Artifact 为 spring-boot-cache ，生成项目后导入 Eclipse 开发环境。

2.2 引入项目依赖

引入 Web 项目依赖和缓存依赖。

实例：

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

2.3 开启缓存

在启动类上添加注解 @EnableCaching 开启缓存功能。

实例：


@SpringBootApplication
@EnableCaching // 开启缓存
public class SpringBootCacheApplication {
	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(SpringBootCacheApplication.class, args);
	}
}

2.4 定义服务层方法

正常服务层方法会调用数据访问层方法访问数据库，此处我们只需要演示缓存的作用，所以打印日志代替数据库访问方法。

实例：

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

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

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

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

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

对于使用缓存的 GoodsService 服务类，我们需要具体解释下：

  1. @CacheConfig 注解用于指定本类中方法使用的缓存名称，该类使用的缓存名称为 GoodsCache ，与其他缓存区域是隔离的。
  2. @Cacheable 用于开启方法缓存，缓存的键是方法的参数，缓存的值是方法的返回值。如果多次调用该方法时参数 id 值相同，则第一次会执行方法体，并将返回值放入缓存；后续方法不会再执行方法体，直接将缓存的值返回。
  3. @CachePut 可以更新缓存，key = "#id" 表示采用参数中的 id 属性作为键。当缓存中该键的值不存在时，则将返回值放入缓存；当缓存中该键的值已存在时，会更新缓存的内容。
  4. @CacheEvict 可以移除缓存，当调用该方法时，会移除 goods 中 id 属性对应的缓存内容。

2.5 测试

为了充分理解缓存的含义，我们通过测试类发起测试。

实例：

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

	@Autowired
	private GoodsService goodsService;

	// 显示当前使用的缓存管理器类型
	@Test
	void showCacheManager() {
		// 输出：org.springframework.cache.concurrent.ConcurrentMapCacheManager
		logger.info(cacheManager.getClass().toString());
	}

	// 缓存测试
	@Test
	void cacheTest() {
		// 第一次执行，没有缓存，执行方法体
		goodsService.getById(1L);
		// 再次执行，直接取出缓存，不执行方法体
		goodsService.getById(1L);
		// 移除缓存
		goodsService.remove(1L);
		// 再次执行，已经没有对应缓存，所以执行方法体
		GoodsDo oldGoods = goodsService.getById(1L);
		// 打印缓存内容
		logger.info("old goods id:{} name:{}", oldGoods.getId(), oldGoods.getName());
		// 更新缓存
		GoodsDo temp = new GoodsDo();
		temp.setId(1L);
		temp.setName("新的商品");
		goodsService.edit(temp);
		// 查询并打印已更新的缓存内容
		GoodsDo newGoods = goodsService.getById(1L);
		logger.info("new goods id:{} name:{}", newGoods.getId(), newGoods.getName());
	}
}

我们查看下控制台输出如下，验证了我们设计的缓存机制。

图片描述

使用 Spring Boot 默认缓存时控制台输出内容

3. 使用 Ehcache 缓存

Spring Boot 默认的缓存实现比较简单，功能也十分有限。如果是企业级的中大型应用，需要寻求更加稳定、可靠的缓存框架。

Ehcache 是 Java 编程领域非常著名的缓存框架，具备两级缓存数据——内存和磁盘，因此不必担心内存容量问题。另外 Ehcache 缓存的数据会在 JVM 重启时自动加载，不必担心断电丢失缓存的问题。

总之 Ehcache 的功能完整性和运行稳定性远远强于 Spring Boot 默认的缓存实现方式，而且 Spring Boot 使用 Ehcache 非常便捷，接下来我们就来实现下。

3.1 添加 Ehcache 依赖

我们在 spring-boot-cache 项目的基础上添加 Ehcache 依赖。

实例：

		<!-- Ehcache 依赖 -->
		<dependency>
			<groupId>org.ehcache</groupId>
			<artifactId>ehcache</artifactId>
		</dependency>
		<!-- cache-api 依赖 -->
		<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。

实例：

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

然后在 resource 文件夹中添加 ehcache.xml 配置文件，内容如下：

实例：

<?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">
	<!-- 持久化路径 -->
	<persistence directory="C://ehcache" />
	<!--缓存模板 -->
	<cache-template name="CacheTemplate">
		<expiry>
			<!--存活时间 -->
			<tti>60</tti>
		</expiry>
		<resources>
			<!--堆空间 -->
			<heap unit="entries">2000</heap>
			<!-- 堆外空间 -->
			<offheap unit="MB">500</offheap>
		</resources>
	</cache-template>

	<!--缓存对象 -->
	<cache alias="GoodsCache" uses-template="CacheTemplate">
	</cache>
</config>

Tips：Ehcache 的配置比较复杂，此处只是给出简单的示例，感兴趣的同学可以查阅更多资料。

3.3 测试

由于之前已经在启动类添加 @EnableCaching ，我们再次运行测试类，输出结果如下。

图片描述

使用 Ehcache 时控制台输出内容

注意控制台出现了 EhcacheManager 的字样，说明我们此时使用的缓存是 Ehcache 。

4. 使用 Redis 缓存

Ehcache 依然是 Java 进程内的缓存框架，受限于 JVM 整体的内存分配策略。

如果是大型系统，缓存的数据量特别大，且性能要求很高，可以考虑直接使用 Redis 作为缓存。

Redis 可以采用单机、主备、集群等模式，视乎具体项目需求决定即可。目前各大云计算厂商均提供商用版的 Redis 缓存服务，性能卓越且接入简单快速。

本节简单地演示 Spring Boot 中使用 Redis 单机缓存的方法，真实生产环境中建议至少使用主备类型的 Redis 实例。

图片描述

华为云提供的缓存服务

4.1 修改缓存依赖

因为需要使用 Redis 缓存，所以将引入的依赖项修改如下：

实例：

		<!-- Web 依赖 -->
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
		</dependency>
		<!-- 缓存依赖 -->
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
		</dependency>
		<!-- Redis 相关依赖 -->
		<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 修改缓存配置

修改 application.properties 配置文件，将 Redis 配置及缓存配置设置如下：

实例：

# 过期时间
spring.cache.redis.time-to-live=6000s

# Redis库的编号
spring.redis.database=0
# Redis实例地址
spring.redis.host=127.0.0.1
# Redis实例端口号，默认6379
spring.redis.port=6379
# Redis登录密码
spring.redis.password=Easy@0122
# Redis连接池最大连接数
spring.redis.jedis.pool.max-active=10
# Redis连接池最大空闲连接数
spring.redis.jedis.pool.max-idle=10
# Redis连接池最小空闲连接数
spring.redis.jedis.pool.min-idle=0

4.3 测试

由于之前已经通过注解 @EnableCaching 开启了缓存功能，此时我们直接运行测试类进行测试，输出结果如下：

图片描述

使用 Redis 缓存时控制台输出内容

从上图输出结果可以看出，已经成功使用了 Redis 缓存管理器。

另外我们可以直接使用 Redis 客户端查看生成的缓存信息，如下图已经有名为 GoodsCache::1 的缓存键存在了。

图片描述

Redis 客户端查看缓存信息

5. 小结

Spring Boot 支持多种缓存实现方式，可以根据项目需求灵活选择。

  • 缓存数据量较小的项目，可以使用 Spring Boot 默认缓存。
  • 缓存数据量较大的项目，可以考虑使用 Ehcache 缓存框架。
  • 如果是大型系统，对缓存的依赖性比较高，还是建议采用独立的缓存组件 Redis ，通过主备、集群等形式提高缓存服务的性能和稳定性。
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