為什么使用緩存

前幾天我在文章《我是如何把一個(gè)15分鐘的程序優(yōu)化到了10秒的》中，提到了一些在代碼層面優(yōu)化性能的方法。其中第一個(gè)就是使用緩存。

使用緩存是一個(gè)很“高性價(jià)比”的性能優(yōu)化方式，尤其是對(duì)于有大量重復(fù)查詢的程序來(lái)說(shuō)。通常來(lái)說(shuō)，在WEB后端應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，耗時(shí)比較大的往往有兩個(gè)地方：一個(gè)是查數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)是調(diào)用其它服務(wù)的API（因?yàn)槠渌?wù)最終也要去做查數(shù)據(jù)庫(kù)等耗時(shí)操作）。

重復(fù)查詢也有兩種。一種是我們?cè)趹?yīng)用程序中代碼寫得不好，寫的for循環(huán)，可能每次循環(huán)都用重復(fù)的參數(shù)去查詢了。這種情況，比較聰明一點(diǎn)的程序員都會(huì)對(duì)這段代碼進(jìn)行重構(gòu)，用Map來(lái)把查出來(lái)的東西暫時(shí)放在內(nèi)存里，后續(xù)去查詢之前先看看Map里面有沒(méi)有，沒(méi)有再去查數(shù)據(jù)庫(kù)，其實(shí)這就是一種緩存的思想。

另一種重復(fù)查詢是大量的相同或相似請(qǐng)求造成的。比如資訊網(wǎng)站首頁(yè)的文章列表、電商網(wǎng)站首頁(yè)的商品列表、微博等社交媒體熱搜的文章等等，當(dāng)大量的用戶都去請(qǐng)求同樣的接口，同樣的數(shù)據(jù)，如果每次都去查數(shù)據(jù)庫(kù)，那對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不可承受的壓力。所以我們通常會(huì)把高頻的查詢進(jìn)行緩存，我們稱它為“熱點(diǎn)”。

為什么使用Spring Cache

前面提到了緩存有諸多的好處，于是大家就摩拳擦掌準(zhǔn)備給自己的應(yīng)用加上緩存的功能。但是網(wǎng)上一搜卻發(fā)現(xiàn)緩存的框架太多了，各有各的優(yōu)勢(shì)，比如Redis、Memcached、Guava、Caffeine等等。

如果我們的程序想要使用緩存，就要與這些框架耦合。聰明的架構(gòu)師已經(jīng)在利用接口來(lái)降低耦合了，利用面向?qū)ο蟮某橄蠛投鄳B(tài)的特性，做到業(yè)務(wù)代碼與具體的框架分離。

但我們?nèi)匀恍枰@式地在代碼中去調(diào)用與緩存有關(guān)的接口和方法，在合適的時(shí)候插入數(shù)據(jù)到緩存里，在合適的時(shí)候從緩存中讀取數(shù)據(jù)。

想一想「AOP」的適用場(chǎng)景，這不就是天生就應(yīng)該AOP去做的嗎？

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關(guān)于Spring AOP，可以參考我之前的文章《關(guān)于Spring AOP的靈魂十問(wèn)》

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是的，Spring Cache就是一個(gè)這個(gè)框架。它利用了AOP，實(shí)現(xiàn)了基于注解的緩存功能，并且進(jìn)行了合理的抽象，業(yè)務(wù)代碼不用關(guān)心底層是使用了什么緩存框架，只需要簡(jiǎn)單地加一個(gè)注解，就能實(shí)現(xiàn)緩存功能了。而且Spring Cache也提供了很多默認(rèn)的配置，用戶可以3秒鐘就使用上一個(gè)很不錯(cuò)的緩存功能。

既然有這么好的輪子，干嘛不用呢？

如何使用Spring Cache

上面的3秒鐘，絕對(duì)不夸張。使用SpringCache分為很簡(jiǎn)單的三步：加依賴，開啟緩存，加緩存注解。

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本文示例代碼使用的是官方的示例代碼，git地址：https://github.com/spring-guides/gs-caching.git

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1 加依賴

gradle：

implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-cache'

maven:

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

2 開啟緩存

在啟動(dòng)類加上@EnableCaching注解即可開啟使用緩存。

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

3 加緩存注解

在要緩存的方法上面添加@Cacheable注解，即可緩存這個(gè)方法的返回值。

@Override
@Cacheable("books")
public Book getByIsbn(String isbn) {   
    simulateSlowService();
    return new Book(isbn, "Some book");
}// Don't do this at home
private void simulateSlowService() {
    try {
        long time = 3000L;
        Thread.sleep(time);
    } catch (InterruptedException e) {
        throw new IllegalStateException(e);
    }
}

測(cè)試

@Override
public void run(String... args) {
    logger.info(".... Fetching books");
    logger.info("isbn-1234 -->" + bookRepository.getByIsbn("isbn-1234"));
    logger.info("isbn-4567 -->" + bookRepository.getByIsbn("isbn-4567"));
    logger.info("isbn-1234 -->" + bookRepository.getByIsbn("isbn-1234"));
    logger.info("isbn-4567 -->" + bookRepository.getByIsbn("isbn-4567"));
    logger.info("isbn-1234 -->" + bookRepository.getByIsbn("isbn-1234"));
    logger.info("isbn-1234 -->" + bookRepository.getByIsbn("isbn-1234"));
}

測(cè)試一下，可以發(fā)現(xiàn)。第一次和第二次（第二次參數(shù)和第一次不同）調(diào)用getByIsbn方法，會(huì)等待3秒，而后面四個(gè)調(diào)用，都會(huì)立即返回。

常用注解

Spring Cache有幾個(gè)常用注解，分別為@Cacheable、@CachePut、@CacheEvict、@Caching、 @CacheConfig。除了最后一個(gè)CacheConfig外，其余四個(gè)都可以用在類上或者方法級(jí)別上，如果用在類上，就是對(duì)該類的所有public方法生效，下面分別介紹一下這幾個(gè)注解。

@Cacheable

@Cacheble注解表示這個(gè)方法有了緩存的功能，方法的返回值會(huì)被緩存下來(lái)，下一次調(diào)用該方法前，會(huì)去檢查是否緩存中已經(jīng)有值，如果有就直接返回，不調(diào)用方法。如果沒(méi)有，就調(diào)用方法，然后把結(jié)果緩存起來(lái)。這個(gè)注解「一般用在查詢方法上」。

@CachePut

加了@CachePut注解的方法，會(huì)把方法的返回值put到緩存里面緩存起來(lái)，供其它地方使用。它「通常用在新增方法上」。

@CacheEvict

使用了CacheEvict注解的方法，會(huì)清空指定緩存。「一般用在更新或者刪除的方法上」。

@Caching

Java注解的機(jī)制決定了，一個(gè)方法上只能有一個(gè)相同的注解生效。那有時(shí)候可能一個(gè)方法會(huì)操作多個(gè)緩存（這個(gè)在刪除緩存操作中比較常見，在添加操作中不太常見）。

Spring Cache當(dāng)然也考慮到了這種情況，@Caching注解就是用來(lái)解決這類情況的，大家一看它的源碼就明白了。

public @interface Caching {
 Cacheable[] cacheable() default {};
 CachePut[] put() default {};
 CacheEvict[] evict() default {};
}

@CacheConfig

前面提到的四個(gè)注解，都是Spring Cache常用的注解。每個(gè)注解都有很多可以配置的屬性，這個(gè)我們?cè)谙乱还?jié)再詳細(xì)解釋。但這幾個(gè)注解通常都是作用在方法上的，而有些配置可能又是一個(gè)類通用的，這種情況就可以使用@CacheConfig了，它是一個(gè)類級(jí)別的注解，可以在類級(jí)別上配置cacheNames、keyGenerator、cacheManager、cacheResolver等。

Spring @Cacheable指定失效時(shí)間

interface CacheNames{
    String CACHE_15MINS = "sssss:cache:15m";
        /** 30分鐘緩存組 */
    String CACHE_30MINS = "sssss:cache:30m";
        /** 60分鐘緩存組 */
    String CACHE_60MINS = "sssss:cache:60m";
        /** 180分鐘緩存組 */
    String CACHE_180MINS = "sssss:cache:180m";
}

@Component
 public class RedisCacheCustomizer
            implements CacheManagerCustomizer {
        /** CacheManager緩存自定義初始化比較早，盡量不要@autowired 其他spring 組件 */
        @Override
        public void customize(RedisCacheManager cacheManager) {
            // 自定義緩存名對(duì)應(yīng)的過(guò)期時(shí)間
            Map expires = ImmutableMap.builder()
                    .put(CacheNames.CACHE_15MINS, TimeUnit.MINUTES.toSeconds(15))
                    .put(CacheNames.CACHE_30MINS, TimeUnit.MINUTES.toSeconds(30))
                    .put(CacheNames.CACHE_60MINS, TimeUnit.MINUTES.toSeconds(60))
                    .put(CacheNames.CACHE_180MINS, TimeUnit.MINUTES.toSeconds(180)).build();
            // spring cache是根據(jù)cache name查找緩存過(guò)期時(shí)長(zhǎng)的，如果找不到，則使用默認(rèn)值
            cacheManager.setDefaultExpiration(TimeUnit.MINUTES.toSeconds(30));
            cacheManager.setExpires(expires);
        }
    }

  @Cacheable(key = "key", cacheNames = CacheNames.CACHE_15MINS)
    public String demo2(String key) {
        return "abc" + key;
  }