一篇文章搞定Spring Cache

Spring Cache 提供了一种灵活而强大的缓存抽象，使得在应用中集成缓存变得更加容易。让我们从一些基本概念开始，然后深入讨论 Spring Cache 的用法和配置。

基本概念

1. 缓存注解： Spring Cache 提供了一组注解，用于在方法级别声明缓存行为。其中包括 @Cacheable、@CachePut、@CacheEvict 等。这些注解允许你控制方法的缓存行为，如何从缓存中读取、写入和清除数据。
2. CacheManager： CacheManager 是 Spring Cache 的核心接口，负责创建和管理缓存实例。Spring Cache 提供了默认的 ConcurrentMapCacheManager，同时也支持集成其他缓存提供者，如 Ehcache、Caffeine、Redis 等。
3. 缓存键（Key）： 缓存中的每个条目都有一个唯一的键，用于在缓存中标识数据。在 Spring Cache 中，键可以使用 SpEL 表达式构建，以根据方法参数、返回值等动态生成。

基本使用示例

让我们通过一个简单的示例来演示 Spring Cache 的基本使用。假设有一个服务类，其中包含一个根据用户ID获取用户信息的方法，我们希望将用户信息缓存起来：

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

@Service
public class UserService {

    @Cacheable(value = "userCache", key = "#userId")
    public String getUserInfo(String userId) {
        // 模拟从数据库或其他数据源获取用户信息的操作
        System.out.println("Fetching user info for userId: " + userId);
        return "User info for userId: " + userId;
    }
}

在上面的示例中，@Cacheable 注解表示 getUserInfo 方法的结果应该被缓存，缓存的名称为 "userCache"，键为方法的参数 userId。如果多次调用 getUserInfo 方法并传递相同的 userId，则只有第一次会执行方法体，后续的调用将直接从缓存中获取结果。

配置缓存管理器

在Spring中，配置常见的缓存管理器通常涉及使用Spring Cache抽象，并选择适当的缓存提供者。以下是一些常见的缓存管理器配置示例，包括Ehcache、Caffeine、Redis等。

1. 使用 Ehcache 作为缓存管理器

首先，确保项目中引入了Ehcache的相关依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>net.sf.ehcache</groupId>
    <artifactId>ehcache</artifactId>
</dependency>

然后，在Spring Boot的配置文件中添加Ehcache的配置，比如ehcache.xml：

<!-- src/main/resources/ehcache.xml -->

<ehcache xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://www.ehcache.org/ehcache.xsd">
    <defaultCache
        maxElementsInMemory="100"
        eternal="false"
        timeToIdleSeconds="120"
        timeToLiveSeconds="120"
        overflowToDisk="false"
        />
    <!-- 其他缓存配置 -->
</ehcache>

然后，在Spring Boot的配置类中配置Ehcache的CacheManager：

import org.springframework.cache.CacheManager;
import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;
import org.springframework.cache.ehcache.EhCacheCacheManager;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {

    @Bean
    public CacheManager cacheManager() {
        return new EhCacheCacheManager(ehCacheCacheManager().getObject());
    }

    @Bean
    public EhCacheManagerFactoryBean ehCacheCacheManager() {
        EhCacheManagerFactoryBean factoryBean = new EhCacheManagerFactoryBean();
        factoryBean.setConfigLocation(new ClassPathResource("ehcache.xml"));
        factoryBean.setShared(true);
        return factoryBean;
    }
}

2. 使用 Caffeine 作为缓存管理器

添加以下依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId>
    <artifactId>caffeine</artifactId>
</dependency>

接下来，在 Spring Boot 项目的配置类中配置 Caffeine Cache 作为缓存管理器：

import com.github.benmanes.caffeine.cache.Caffeine;
import org.springframework.cache.CacheManager;
import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;
import org.springframework.cache.caffeine.CaffeineCacheManager;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {

    @Bean
    public CacheManager cacheManager() {
        CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();
        cacheManager.setCaffeine(caffeineCacheBuilder());
        return cacheManager;
    }

    private Caffeine<Object, Object> caffeineCacheBuilder() {
        return Caffeine.newBuilder()
                .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES) // 设置缓存失效时间为10分钟
                .maximumSize(100); // 设置缓存的最大条目数
    }
}

在上述配置中，CaffeineCacheManager 被配置为缓存管理器，通过 caffeineCacheBuilder 方法配置了 Caffeine Cache 的一些属性，比如失效时间和最大条目数。现在，你可以在服务类中使用 @Cacheable 注解来声明缓存：

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

@Service
public class MyService {

    @Cacheable(value = "userCache", key = "#userId")
    public String getUserInfo(String userId) {
        // 模拟从数据库或其他数据源获取用户信息的操作
        System.out.println("Fetching user info for userId: " + userId);
        return "User info for userId: " + userId;
    }
}

3. 使用 Redis 作为缓存管理器

当使用 Redis 作为缓存管理器时，首先确保项目中引入了 Redis 相关的依赖。在 Maven 中，可以添加以下依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

接下来，在 Spring Boot 项目的配置文件中配置 Redis 连接信息：

# src/main/resources/application.properties

spring.redis.host=localhost
spring.redis.port=6379

然后，在 Spring Boot 项目的配置类中配置 Redis Cache 作为缓存管理器：

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;

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {

    @Bean
    public CacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
        return RedisCacheManager.builder(redisConnectionFactory)
                .build();
    }
}

在这个配置中，RedisCacheManager 被配置为缓存管理器，并使用了 RedisConnectionFactory 连接到 Redis 服务器。现在，你可以在服务类中使用 @Cacheable 注解来声明缓存：

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

@Service
public class MyService {

    @Cacheable(value = "userCache", key = "#userId")
    public String getUserInfo(String userId) {
        // 模拟从数据库或其他数据源获取用户信息的操作
        System.out.println("Fetching user info for userId: " + userId);
        return "User info for userId: " + userId;
    }
}

4.使用Guava Cache 作为缓存容器时

添加以下依赖：

<dependency>
    <groupId>com.google.guava</groupId>
    <artifactId>guava</artifactId>
    <version>30.1-jre</version> <!-- 请根据最新版本调整 -->
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>

然后，可以在 Spring Boot 项目的配置类中配置 Guava Cache 作为缓存管理器：

import com.google.common.cache.CacheBuilder;
import org.springframework.cache.CacheManager;
import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;
import org.springframework.cache.guava.GuavaCacheManager;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Configuration
public class CacheConfig {

    @Bean
    public CacheManager cacheManager() {
        GuavaCacheManager cacheManager = new GuavaCacheManager();
        cacheManager.setCacheBuilder(guavaCacheBuilder());
        return cacheManager;
    }

    private CacheBuilder<Object, Object> guavaCacheBuilder() {
        return CacheBuilder.newBuilder()
                .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES) // 设置缓存失效时间为10分钟
                .maximumSize(100); // 设置缓存的最大条目数
    }
}

@Service
public class MyService {

    @Cacheable(value = "userCache", key = "#userId")
    public String getUserInfo(String userId) {
        // 模拟从数据库或其他数据源获取用户信息的操作
        System.out.println("Fetching user info for userId: " + userId);
        return "User info for userId: " + userId;
    }
}

在上述配置中，GuavaCacheManager 被配置为缓存管理器，通过 guavaCacheBuilder 方法配置了 Guava Cache 的一些属性，比如失效时间和最大条目数。这样，你就可以在 Spring Boot 项目中使用 Guava Cache 作为缓存容器了。在实际应用中，可以根据具体的业务需求调整 Guava Cache 的配置参数。

5.使用多种缓存管理器

在 Spring 中，一个项目中可以有多个 CacheManager，并且可以在不同的地方使用不同的 CacheManager 实例。这种情况下，每个 CacheManager 可以配置不同的缓存提供者，例如使用 Ehcache、Guava Cache 或者 Redis 等。

在实际项目中，有时候需要使用多个 CacheManager 的场景可能包括：

1. 多种缓存需求： 不同的业务模块可能有不同的缓存需求，使用不同的 CacheManager 可以更好地满足各自的要求。
2. 本地缓存与分布式缓存： 有些数据可能适合存储在本地缓存中，而有些可能需要存储在分布式缓存中。这时可以使用两个不同的 CacheManager 分别配置本地缓存和分布式缓存。
3. 缓存过期策略： 不同的缓存数据可能需要不同的过期策略，使用不同的 CacheManager 可以灵活配置每个缓存的过期时间。

在配置多个 CacheManager 时，需要确保为它们分配唯一的名称，以便在使用时能够正确地引用。例如：

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {

    @Bean
    public CacheManager localCacheManager() {
        // 配置本地缓存管理器
        return new ConcurrentMapCacheManager("localCache");
    }

    @Bean
    public CacheManager redisCacheManager(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
        // 配置使用 Redis 的缓存管理器
        return RedisCacheManager.builder(redisConnectionFactory).build();
    }
}

在上述示例中，通过 localCacheManager 和 redisCacheManager 分别配置了本地缓存管理器和 Redis 缓存管理器。可以在需要的地方使用 @Cacheable 注解时指定使用哪个缓存管理器，例如：

@Service
public class MyService {

    @Cacheable(value = "localCache", key = "#userId", cacheManager = "localCacheManager")
    public String getLocalUserInfo(String userId) {
        // 从本地缓存获取用户信息
        // ...
    }

    @Cacheable(value = "redisCache", key = "#userId", cacheManager = "redisCacheManager")
    public String getRedisUserInfo(String userId) {
        // 从 Redis 缓存获取用户信息
        // ...
    }
}

总的来说，虽然一个项目可以有多个 CacheManager，但需要根据具体需求和业务场景来决定是否需要配置多个 CacheManager，以及如何使用它们。

常见的缓存管理器的区别以及怎么选型

常见的缓存管理器有不同的实现，如 Ehcache、Caffeine、Guava Cache、Redis 等，它们之间有一些区别，选型时需要考虑项目的需求和特点。以下是一些常见缓存管理器的区别和选型考虑：

1. Ehcache：

• 本地缓存： Ehcache 是一个本地缓存库，适用于单节点的应用程序。它提供了丰富的配置选项，包括缓存过期策略、最大条目数等。
• 分布式： Ehcache 也有分布式版本（Terracotta），可以用于构建分布式缓存。

2. Caffeine：

• 本地缓存： Caffeine 是一个高性能的本地缓存库，设计用于提供快速的、无锁的缓存。它支持过期策略、最大条目数等。
• 异步加载： Caffeine 支持异步加载数据，可用于优化缓存的冷启动问题。

3. Guava Cache：

• 本地缓存： Guava Cache 是 Google Guava 提供的本地缓存实现，类似于 Caffeine。它提供了基本的过期策略和最大条目数的配置。
• 功能全面： Guava Cache 包含一些额外的功能，如监听缓存的变化、自动加载等。

4. Redis：

• 分布式缓存： Redis 是一种分布式缓存数据库，适用于分布式系统。它可以存储大量数据，并提供灵活的过期策略、持久性、集群支持等。
• 数据类型支持： Redis 不仅可以作为缓存，还可以存储复杂的数据结构，如字符串、列表、哈希、集合等。

选型考虑因素：

1. 项目规模： 对于小规模的单节点应用，本地缓存（如 Ehcache、Caffeine、Guava Cache）可能已经足够。对于大规模分布式系统，可能需要选择分布式缓存（如 Redis）。
2. 性能需求： 如果追求高性能、低延迟，可以考虑使用 Caffeine 或 Guava Cache。它们都是本地缓存，具有快速的读写性能。
3. 分布式需求： 如果应用部署在多个节点上，需要考虑使用支持分布式的缓存管理器，比如 Redis。Ehcache 的分布式版本也是一个选择。
4. 数据持久性： 如果需要在系统重启后保留缓存数据，可以选择 Redis，因为它支持数据的持久化。
5. 数据复杂性： 如果缓存的数据结构较为简单，且只需要基本的过期策略和最大条目数配置，本地缓存可能更轻量。如果需要更丰富的功能，如监听缓存变化、异步加载等，可以选择 Guava Cache。
6. 系统架构： 考虑项目的整体架构和技术栈。如果已经在项目中使用了某个缓存管理器，且满足需求，可以继续使用，避免引入额外的复杂性。

常用注解

1. **@Cacheable**：

• 用于声明一个方法的结果应该被缓存，如果缓存中存在相同的键（根据 SpEL 表达式生成的），则直接返回缓存的结果，不执行方法体。 （缓存中有则返回无读取数据后加入缓存并返回）
• 示例：

@Cacheable(value = "userCache", key = "#userId")
public String getUserInfo(String userId) {
    // 方法体逻辑
}

2. **@CachePut**：

• 用于声明一个方法的结果应该被缓存，不论缓存中是否已存在相同的键，都会执行方法体，并将结果更新到缓存中。 （更新缓存）
• 示例：

@CachePut(value = "userCache", key = "#userId")
public String updateUserInfo(String userId, String newInfo) {
    // 方法体逻辑
}

3. **@CacheEvict**：

• 用于声明一个方法执行后应清除缓存。可以通过 allEntries 属性清除缓存中的所有条目，也可以通过 beforeInvocation 属性指定在方法执行前还是执行后清除缓存。 （删除缓存）
• 示例：

@CacheEvict(value = "userCache", key = "#userId")
public void clearUserInfoCache(String userId) {
    // 方法体逻辑
}

4. **@Caching**：

• 用于将多个缓存注解组合在一起，可以在同一个方法上同时声明多个缓存注解。 （批量删除缓存）
• 示例：

@Caching(
    cacheable = {
        @Cacheable(value = "userCache", key = "#userId"),
        @Cacheable(value = "emailCache", key = "#email")
    },
    put = {
        @CachePut(value = "userCache", key = "#userId"),
        @CachePut(value = "emailCache", key = "#email")
    }
)
public String getUserInfoByEmailOrId(String userId, String email) {
    // 方法体逻辑
}

这些注解可以与 SpEL 表达式一起使用，以动态生成缓存键。通过在方法上使用这些注解，可以方便地配置和管理缓存，而无需手动编写缓存逻辑。要使用这些注解，你需要在配置类上添加 @EnableCaching 注解，以启用 Spring Cache 功能。

import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {
    // 配置相关的 CacheManager 等
}

这只是 Spring Cache 的一小部分功能，你可以根据具体的需求和业务场景选择合适的注解来实现缓存。在实际使用中，还可以配置一些高级功能，比如缓存的失效策略、条件缓存、缓存的自定义过期时间等。

缓存键的多种写法

在 Spring Cache 中，key 属性是用于指定缓存键的关键属性，它是一个 SpEL（Spring Expression Language）表达式。这意味着你可以使用 SpEL 表达式动态地构建缓存键。以下是一些常见的 key 属性的写法：

1. 基本写法：

• 最简单的情况下，可以直接使用方法的参数作为缓存键：

@Cacheable(value = "userCache", key = "#userId")
public String getUserInfo(String userId) {
    // 方法体逻辑
}

2. 多个参数：

• 如果方法有多个参数，你可以通过使用 # 符号和参数名来引用这些参数：

@Cacheable(value = "userCache", key = "#userId + '-' + #userName")
public String getUserInfo(String userId, String userName) {
    // 方法体逻辑
}

3. SpEL 表达式：

• 使用 SpEL 表达式进行更复杂的键的构建，你可以在表达式中使用条件、方法调用等：

@Cacheable(value = "userCache", key = "#userId.concat('-').concat(#userName.toUpperCase())")
public String getUserInfo(String userId, String userName) {
    // 方法体逻辑
}

4. 返回值作为键：

• 有时，你可能想使用方法的返回值作为缓存键。可以使用 result 关键字引用方法的返回值：

@Cacheable(value = "userCache", key = "#result.userId")
public UserInfo getUserInfo(String userId) {
    // 方法体逻辑
}

5. 自定义 SpEL 函数：

• 你还可以定义自己的 SpEL 函数，以便在表达式中重用逻辑：

@Cacheable(value = "userCache", key = "#myUtil.generateKey(#userId)")
public String getUserInfo(String userId) {
    // 方法体逻辑
}

在这个例子中，假设你已经在项目中定义了 myUtil 这个工具类，并在该类中有一个 generateKey 方法。

高级功能简单介绍

1. 缓存失效策略：

• 使用 @Cacheable、@CachePut、@CacheEvict 注解时，可以通过 condition 属性设置缓存失效的条件。例如，只有满足某个条件时才进行缓存：

@Cacheable(value = "userCache", key = "#userId", condition = "#result != null && #result.isValid()")
public UserInfo getUserInfo(String userId) {
    // 方法体逻辑
}

2. 条件缓存：

• 使用 unless 属性设置条件，如果满足条件，则不会缓存结果。与 condition 相反，unless 表达式的值为 true 时，不缓存：

@Cacheable(value = "userCache", key = "#userId", unless = "#result.isDisabled()")
public UserInfo getUserInfo(String userId) {
    // 方法体逻辑
}

3. 自定义缓存管理器：

• 如果你想使用除默认的 ConcurrentMapCacheManager 之外的缓存管理器，可以自定义 CacheManager：

@Configuration
@EnableCaching
public class CustomCacheConfig extends CachingConfigurerSupport {

    @Bean
    public CacheManager cacheManager() {
        // 自定义的缓存管理器
        return new MyCustomCacheManager();
    }
}

4. 自定义缓存注解：

• 通过自定义缓存注解，你可以在方法上使用自定义的缓存注解，提供更复杂的缓存逻辑。例如：

@MyCustomCacheable(value = "userCache", key = "#userId")
public String getUserInfo(String userId) {
    // 方法体逻辑
}

其中 @MyCustomCacheable 是一个自定义的缓存注解，你需要在配置类中注册它，并实现相应的缓存逻辑。

5. 缓存的自定义过期时间：

• 在缓存管理器配置中，你可以设置默认的缓存过期时间。但有时，你可能需要对不同的缓存键设置不同的过期时间，可以使用 @Cacheable 的 expire 属性：

@Cacheable(value = "userCache", key = "#userId", expire = 600) // 过期时间为 600 秒
public UserInfo getUserInfo(String userId) {
    // 方法体逻辑
}