SpringBoot 入门教程 (十一) | 整合数据缓存 Cache

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01 前言

如题,今天介绍 SpringBoot 的数据缓存。做过开发的都知道程序的瓶颈在于数据库,我们也知道内存的速度是大大快于硬盘的,当需要重复获取相同数据时,一次又一次的请求数据库或者远程服务,导致大量时间耗费在数据库查询或远程方法调用上,导致性能的恶化,这便是数据缓存要解决的问题。

02 Spring 的缓存支持

Spring 定义了 org.springframework.cache.CacheManagerorg.springframework.cache.Cache 接口用于统一不同的缓存技术。其中,CacheManager 是 Spring 提供的各种缓存技术的抽象接口,Cache 接口则是包含了缓存的各种操作(增加,删除,获取缓存,一般不会直接和此接口打交道)。

1、Spring 支持的 CacheManager

针对不同的缓存技术,实现了不同的 CacheManager ,Spring 定义了下表所示的 CacheManager:

CacheManager 描述
SimpleCacheManager 使用简单的 Collection 来存储缓存,主要用于测试
ConcurrentMapCacheManager 使用 ConcurrentMap 来存储缓存
NoOpCacheManager 仅测试用途,不会实际缓存数据
EhCacheCacheManager 使用 EhCache 作为缓存技术
GuavaCacheManager 使用 Google Guava 的 GuavaCache 作为缓存技术
HazelcastCacheManager 使用 Hazelcast 作为缓存技术
JCacheCacheManager 支持 JCache(JSR-107) 标准的实现作为缓存技术,如 ApacheCommonsJCS
RedisCacheManager 使用 Redis 作为缓存技术

在使用以上任意一个实现的 CacheManager 的时候,需注册实现的 CacheManager 的 Bean,如:

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

注意,每种缓存技术都有很多的额外配置,但配置 cacheManager 是必不可少的。

2、声明式缓存注解

Spring 提供了 4 个注解来声明缓存规则(又是使用注解式的 AOP 的一个例子)。4 个注解如下表示:

注解 解释
@Cacheable 在方法执行前 Spring 先查看缓存中是否有数据,若有,则直接返回缓存数据;若无数据,调用方法将方法返回值放入缓存中
@CachePut 无论怎样,都会将方法的返回值放到缓存中。
@CacheEvict 将一条或多条数据从缓存中删除
@Caching 可以通过 @Caching 注解组合多个注解策略在一个方法上

@Cacheable、@CachePut、@CacheEvict 都有 value 属性,指定的是要使用的缓存名称;key 属性指定的是数据在缓存中存储的键。

3、开启声明式缓存支持

开启声明式缓存很简单,只需在配置类上使用 @EnableCaching 注解即可,例如:

@Configuration
@EnableCaching
public class AppConfig{

}

03 SpringBoot 的支持

在 Spring 中使用缓存技术的关键是配置 CacheManager ,而 SpringBoot 为我们配置了多个 CacheManager 的实现。

它的自动配置放在 org.springframework.boot.autoconfigure.cache 包中。

在不做任何配置的情况下,默认使用的是 SimpleCacheConfiguration ,即使用 ConcurrentMapCacheManager。SpringBoot 支持以前缀来配置缓存。例如:

spring.cache.type= # 可选 generic、ehcache、hazelcast、infinispan、jcache、redis、guava、simple、none
spring.cache.cache-names= # 程序启动时创建的缓存名称
spring.cache.ehcache.config= # ehcache 配置文件的地址
spring.cache.hazelcast.config= # hazelcast配置文件的地址
spring.cache.infinispan.config= # infinispan配置文件的地址
spring.cache.jcache.config= # jcache配置文件的地址
spring.cache.jcache.provider= # 当多个 jcache 实现在类路径的时候,指定 jcache 实现
# 等等。。。

在 SpringBoot 环境下,使用缓存技术只需要在项目中导入相关缓存技术的依赖包,并在配置类中使用 @EnableCaching 开启缓存支持即可。

04 代码实现

本文将以 SpringBoot 默认的 ConcurrentMapCacheManager 作为缓存技术,演示 @Cacheable、@CachePut、@CacheEvict

1、准备工作

2、Pom.xml 文件依赖

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.1.3.RELEASE</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>com.nasus</groupId>
    <artifactId>cache</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>cache</name>
    <description>cache Demo project for Spring Boot</description>

    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <!-- cache 依赖 -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
        </dependency>
        <!-- JPA 依赖 -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
        </dependency>
        <!-- web 启动类 -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <!-- mysql 数据库连接类 -->
        <dependency>
            <groupId>mysql</groupId>
            <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
            <scope>runtime</scope>
        </dependency>
        <!-- lombok 依赖,简化实体 -->
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <optional>true</optional>
        </dependency>
        <!-- 单元测试类 -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>

注释很清楚,无需多言。不会就谷歌一下。

3、Application.yaml 文件配置

spring:
  # 数据库相关
  datasource:
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
    url: jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/test?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&serverTimezone=UTC&useSSL=true
    username: root
    password: 123456
  # jpa 相关
  jpa:
    hibernate:
      ddl-auto: update   # ddl-auto: 设为 create 表示每次都重新建表
    show-sql: true

4、实体类

package com.nasus.cache.entity;

import javax.persistence.Entity;
import javax.persistence.GeneratedValue;
import javax.persistence.Id;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

@Data
@Entity
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Student {

    @Id
    @GeneratedValue
    private Integer id;

    private String name;

    private Integer age;

}

5、dao 层

package com.nasus.cache.repository;

import com.nasus.cache.entity.Student;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;
import org.springframework.stereotype.Repository;

@Repository
public interface StudentRepository extends JpaRepository<Student,Integer> {
}

6、service 层

package com.nasus.cache.service;

import com.nasus.cache.entity.Student;

public interface StudentService {

    public Student saveStudent(Student student);

    public void deleteStudentById(Integer id);

    public Student findStudentById(Integer id);

}

实现类:

package com.nasus.cache.service.impl;

import com.nasus.cache.entity.Student;
import com.nasus.cache.repository.StudentRepository;
import com.nasus.cache.service.StudentService;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.cache.annotation.CacheEvict;
import org.springframework.cache.annotation.CachePut;
import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class StudentServiceImpl implements StudentService {

    // 使用 slf4j 作为日志框架
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(StudentServiceImpl.class);

    @Autowired
    private StudentRepository studentRepository;

    @Override
    @CachePut(value = "student",key = "#student.id")
    // @CachePut 缓存新增的或更新的数据到缓存,其中缓存名称为 student 数据的 key 是 student 的 id
    public Student saveStudent(Student student) {
        Student s = studentRepository.save(student);
        LOGGER.info("为id、key 为{}的数据做了缓存", s.getId());
        return s;
    }

    @Override
    @CacheEvict(value = "student")
    // @CacheEvict 从缓存 student 中删除 key 为 id 的数据
    public void deleteStudentById(Integer id) {
        LOGGER.info("删除了id、key 为{}的数据缓存", id);
        //studentRepository.deleteById(id);
    }

    @Override
    @Cacheable(value = "student",key = "#id")
    // @Cacheable 缓存 key 为 id 的数据到缓存 student 中
    public Student findStudentById(Integer id) {
        Student s = studentRepository.findById(id).get();
        LOGGER.info("为id、key 为{}的数据做了缓存", id);
        return  s;
    }
}

代码讲解看注释,很详细。

7、controller 层

package com.nasus.cache.controller;

import com.nasus.cache.entity.Student;
import com.nasus.cache.service.StudentService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.DeleteMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.Mapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/student")
public class StudentController {

    @Autowired
    private StudentService studentService;

    @PostMapping("/put")
    public Student saveStudent(@RequestBody Student student){
        return studentService.saveStudent(student);
    }

    @DeleteMapping("/evit/{id}")
    public void deleteStudentById(@PathVariable("id") Integer id){
        studentService.deleteStudentById(id);
    }

    @GetMapping("/able/{id}")
    public Student findStudentById(@PathVariable("id") Integer id){
        return studentService.findStudentById(id);
    }

}

8、application 开启缓存功能

package com.nasus.cache;

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

@EnableCaching // 开启缓存功能
@SpringBootApplication
public class CacheApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(CacheApplication.class, args);
    }
}

05 测试

测试前,先看一眼数据库当前的数据,如下:

原始数据库数据

1、测试 @Cacheable

访问 http://localhost:8080/student/able/2 控制台打印出了 SQL 查询语句,以及指定日志。说明这一次程序是直接查询数据库得到的结果。

2019-02-21 22:54:54.651  INFO 1564 --- [nio-8080-exec-1] o.s.web.servlet.DispatcherServlet        : Completed initialization in 11 ms
Hibernate: select student0_.id as id1_0_0_, student0_.age as age2_0_0_, student0_.name as name3_0_0_ from student student0_ where student0_.id=?
2019-02-21 22:54:59.725  INFO 1564 --- [nio-8080-exec-1] c.n.c.service.impl.StudentServiceImpl    : 为id、key 为2的数据做了缓存

postman 第一次测试结果 :

postman 第一次测试结果

再次访问 http://localhost:8080/student/able/2 结果如下图。但控制台无 SQL 语句打印,也无为 id、key 为 2 的数据做了缓存这句话输出。

说明 @Cacheable 确实做了数据缓存,第二次的测试结果是从数据缓存中获取的,并没有直接查数据库。

postman 第二次测试结果

2、测试 @CachePut

如下图,postman 访问 http://localhost:8080/student/put 插入数据:

postman 测试 @CachePut

下面是控制台打印出了 SQL Insert 插入语句,以及指定日志。说明程序做了缓存。

Hibernate: insert into student (age, name, id) values (?, ?, ?)
2019-02-21 23:12:03.688  INFO 1564 --- [nio-8080-exec-8] c.n.c.service.impl.StudentServiceImpl    : 为id、key 为4的数据做了缓存

插入数据返回的结果:

postman 第一次测试结果

数据库中的结果:

新增的数据

访问 http://localhost:8080/student/able/4 Postman 结果如下图。控制台无输出,验证了 @CachePut 确实做了缓存,下图数据是从缓存中获取的。

@Cacheable 测试结果

3、测试 @CacheEvict

postman 访问 http://localhost:8080/student/able/3 为 id = 3 的数据做缓存。

postman 再次访问 http://localhost:8080/student/able/3 确认数据是从缓存中获取的。

postman 访问 http://localhost:8080/student/evit/3

postman 访问 http://localhost:8080/student/evit/3

从缓存中删除 key 为 3 的缓存数据:

Hibernate: select student0_.id as id1_0_0_, student0_.age as age2_0_0_, student0_.name as name3_0_0_ from student student0_ where student0_.id=?
2019-02-21 23:26:08.516  INFO 8612 --- [nio-8080-exec-2] c.n.c.service.impl.StudentServiceImpl    : 为id、key 为3的数据做了缓存
2019-02-21 23:27:01.508  INFO 8612 --- [nio-8080-exec-4] c.n.c.service.impl.StudentServiceImpl    : 删除了id、key 为3的数据缓存

再次 postman 访问 http://localhost:8080/student/able/3 观察后台,重新做了数据缓存:

Hibernate: select student0_.id as id1_0_0_, student0_.age as age2_0_0_, student0_.name as name3_0_0_ from student student0_ where student0_.id=?
2019-02-21 23:27:12.320  INFO 8612 --- [nio-8080-exec-5] c.n.c.service.impl.StudentServiceImpl    : 为id、key 为3的数据做了缓存

这一套测试流程下来,证明了 @CacheEvict 确实删除了数据缓存。

06 源码下载

https://github.com/turoDog/Demo/tree/master/springboot_cache_demo

07 切换缓存技术

切换缓存技术除了在 pom 文件加入相关依赖包配置以外,使用方式与上面的代码演示一样。

1、切换 EhCache

在 pom 中添加 Encache 依赖:

<!-- EhCache 依赖 -->
<dependency>
     <groupId>net.sf.ehcache</groupId>
     <artifactId>ehcache</artifactId>
</dependency>

Ehcache 所需配置文件 ehcache.xml 只需放在类路径(resource 目录)下,SpringBoot 会自动扫描,如:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8">
<ehcache>
    <cache name="student" maxElementsInMmory="1000">
<ehcache>

SpringBoot 会自动配置 EhcacheManager 的 Bean。

2、切换 Guava

只需在 pom 中加入 Guava 依赖即可:

<!-- GuavaCache 依赖 -->
<dependency>
     <groupId>com.google.guava</groupId>
     <artifactId>guava</artifactId>
     <version>18.0</version>
</dependency>

SpringBoot 会自动配置 GuavaCacheManager 的 Bean。

3、切换 RedisCache

与 Guava 一样,只需在 pom 加入依赖即可:

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

SpringBoot 会自动配置 RedisCacheManager 以及 RedisTemplate 的 Bean。

此外,切换其他缓存技术的方式也是类似。这里不做赘述。

08 后语

以上为 SpringBoot 数据缓存的教程。

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    Spring 是一个开源框架,是于 2003 年兴起的一个轻量级的 Java 开发框架,由 Rod Johnson 在其著作《Expert One-On-One J2EE Development and Design》中阐述的部分理念和原型衍生而来。它是为了解决企业应用开发的复杂性而创建的。框架的主要优势之一就是其分层架构,分层架构允许使用者选择使用哪一个组件,同时为 JavaEE 应用程序开发提供集成的框架。

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