拿什么拯救你的性能(1) - Spring Boot 中使用cache

一、什么是緩存 Cache

Cache 一詞最早來自于CPU設(shè)計
當(dāng)CPU要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從CPU緩存中查找，找到就立即讀取并送給CPU處理；沒有找到，就從速率相對較慢的內(nèi)存中讀取并送給CPU處理，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入緩存中，可以使得以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存中進(jìn)行，不必再調(diào)用內(nèi)存。正是這樣的讀取機制使CPU讀取緩存的命中率非常高（大多數(shù)CPU可達(dá)90%左右），也就是說CPU下一次要讀取的數(shù)據(jù)90%都在CPU緩存中，只有大約10%需要從內(nèi)存讀取。這大大節(jié)省了CPU直接讀取內(nèi)存的時間，也使CPU讀取數(shù)據(jù)時基本無需等待。總的來說，CPU讀取數(shù)據(jù)的順序是先緩存后內(nèi)存。
再到后來，出先了硬盤緩存，然后到應(yīng)用緩存，瀏覽器緩存，Web緩存，等等！
緩存為王??！

Spring Cache

Spring Cache是Spring針對Spring應(yīng)用，給出的一整套應(yīng)用緩存解決方案。
Spring Cache本身并不提供緩存實現(xiàn)，而是通過統(tǒng)一的接口和代碼規(guī)范，配置、注解等使你可以在Spring應(yīng)用中使用各種Cache，而不用太關(guān)心Cache的細(xì)節(jié)。通過Spring Cache ，你可以方便的使用
各種緩存實現(xiàn)，包括ConcurrentMap,Ehcache 2.x,JCache,Redis等。

Spring中Cache的定義

Sping 中關(guān)于緩存的定義，包括在接口 org.springframework.cache.Cache 中，
它主要提供了如下方法

// 根據(jù)指定key獲取值
<T> T get(Object key, Class<T> type)
// 將指定的值，根據(jù)相應(yīng)的key，保存到緩存中
void put(Object key, Object value);
// 根據(jù)鍵，回收指定的值
void evict(Object key)

從定義中不難看著,Cache 事實上就是一個key-value的結(jié)構(gòu)，我們通過個指定的key來操作相應(yīng)的value

Cache Manager

Cache是key-value的集合，但我們在項目中，可能會存在各種業(yè)務(wù)主題的不同的Cache，比如用戶的cache,部門的Cache等，這些cache在邏輯上是分開的。為了區(qū)分這些Cache，提供了org.springframework.cache.CacheManager用來管理各種Cache.該接口只包含兩個方法

// 根據(jù)名字獲取對應(yīng)主題的緩存
Cache getCache(String name);
// 獲取所有主題的緩存
Collection<String> getCacheNames();

在該接口中，不允許對Cache進(jìn)行增加、刪除操作，這些操作應(yīng)該在各種CacheManager實現(xiàn)的內(nèi)部完成，而不應(yīng)該公開出來。

基于注解的緩存

對數(shù)據(jù)的緩存操作，理論上和業(yè)務(wù)本身的相關(guān)性不大，我們應(yīng)當(dāng)把對Cache的讀寫操作從主要代碼邏輯中分離出來。Spring分離的方式就是基于注解的（當(dāng)然像JSR-107等也是基于注解的）。
Spring 提供了一系列的注解，包括@Cacheable，@CachePut，@CacheEvict等一系列注解來簡化我們對緩存的操做，這些注解都位于org.springframework.cache.annotation包下。

二、例子

一個簡單的Spring Boot使用Spring Cache的例子

我們一步一步，來構(gòu)建一個基于Spring Boot Cache的例子

新建一個Spring Boot 項目，引入如下依賴

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

    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>

其中，spring-boot-starter-cache是cache關(guān)鍵依賴。

修改Application類，加入啟用緩存的注解@EnableCaching

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

@EnableCache注解啟動了Spring的緩存機制，它會使應(yīng)用檢測所有緩存相關(guān)的注解并開始工作，同時還會創(chuàng)建一個CacheManager的bean,可以被我們的應(yīng)用注入使用。

新建一個RestController類

@RestController
@RequestMapping("/")
public class CacheController {

    @Autowired
    private CacheTestService cacheTestService;

    /**
     * 根據(jù)ID獲取信息
     * 
     * @param id
     * @return
     */
    @GetMapping("{id}")
    public String test(@PathVariable("id") String id) {
        return cacheTestService.get(id);
    }

    /**
     * 刪除某個ID的信息
     * 
     * @param id
     * @return
     */
    @DeleteMapping("{id}")
    public String delete(@PathVariable("id") String id) {
        return cacheTestService.delete(id);
    }

    /**
     * 保存某個ID的信息
     * 
     * @param id
     * @return
     */
    @PostMapping
    public String save(@RequestParam("id") String id, @RequestParam("value") String value) {
        return cacheTestService.save(id, value);
    }

    /**
     * 跟新某個ID的信息
     * 
     * @param id
     * @return
     */
    @PutMapping("{id}")
    public String update(@PathVariable("id") String id, @RequestParam("value") String value) {
        return cacheTestService.update(id, value);
    }
}

該類調(diào)用某個Service來實現(xiàn)實際的增刪改查操作。

Service 實現(xiàn)

接下來，我們要實現(xiàn)我們的Service

@Service
public class SimpleCacheTestServiceImpl implements CacheTestService {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SimpleCacheTestServiceImpl.class);

    private final Map<String, String> enties = new HashMap<>();

    public SimpleCacheTestServiceImpl() {
        enties.put("1", "this no 1");
    }

    @Autowired
    private CacheManager cacheManager;

    @Override
    @Cacheable(cacheNames = "test")
    public String get(String id) {
        // 記錄數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時間，用于測試對比
        long time = new Date().getTime();
        // 打印使用到的cacheManager
        logger.info("The cacheManager is" + cacheManager);
        // 當(dāng)數(shù)據(jù)不是從cache里面獲取時，打印日志
        logger.info("Get value by id=" + id + ", The time is " + time);
        return "Get value by id=" + id + ",the value is" + enties.get(id);
    }

    @Override
    public String delete(String id) {
        return enties.remove(id);
    }

    @Override
    public String save(String id, String value) {        
        logger.info("save value " + value + " with key " + id);
        enties.put(id, value);
        return value;
    }

    @Override
    public String update(String id, String value) {
        return enties.put(id, value);
    }
}
  • 緩存
    首先在get方法上加上@Cacheable注解，運行代碼測試。
    我們使用postman做測試，測試地址為http://localhost:8080/1，瀏覽器響應(yīng)Get value by id=1,the value isthis no 1，服務(wù)器控制臺打印兩行日志
    Get value by id=1,the value isthis no 1
    Get value by id=1, The time is 1516004770216
    但我們再次刷新瀏覽器地址時，瀏覽器正常返回，但控制臺已經(jīng)不再打印了，原因是第二次調(diào)用時，Spring 已經(jīng)不再執(zhí)行方法，而是直接獲取緩存的值。Spring Cache將函數(shù)的返回值以函數(shù)參數(shù)為key,緩存在了名為test的緩存中。
    這里我們使用了@Cacheable注解，注解中的cacheNames指定了這里讀取的是哪個Cache。這里會在cacheName="test"的cache中去查找key是id的緩存對象。
  • 刪除緩存中的數(shù)據(jù)
    在上面的程序中，如果我們通過delete請求刪除指定值，發(fā)送delete請求到http://localhost:8080/1,這個時候，值已經(jīng)從map中刪除了，但我們get 請求到http://localhost:8080/1的時候，仍然可以拿到值，這是因為我們在刪除數(shù)據(jù)的時候，沒有刪除緩存中的數(shù)據(jù)，而在前面的get方法中，方法的運行結(jié)果仍然被保存著，Spring不會去重新讀取，而是直接讀取緩存。這個時候，我們在方法前面加上注解
@Override
@CacheEvict(cacheNames = "test")
public String delete(String id) {
    return enties.remove(id);
}

先后測試，首先調(diào)用get請求，會正確顯示返回值為Get value by id=1,the value is 1
然后調(diào)用delete請求。將數(shù)據(jù)從cache和map中刪除，再次調(diào)用get請求，這時返回Get value by id=1,the value is null，代表該值確實從緩存中刪除了。
這里我們使用了@CacheEvict注解，cacheNames指定了刪除哪個cache中的數(shù)據(jù)，默認(rèn)會使用方法的參數(shù)作為刪除的key

  • 更新緩存
    當(dāng)程序到這里時，如果我們運行post請求，請求體為 id=1&value=new1，這時控制臺打印save value new value1 with key 1，代碼會將值保存到map中，但我們運行g(shù)et請求時，會發(fā)現(xiàn)返回值仍然是之前的狀態(tài)。這是我們可以使用
@Override
@CachePut(cacheNames = "test", key = "#id")
public String save(String id, String value) {
    logger.info("save value " + value + " with key " + id);
    return enties.put(id, value);
}

重新執(zhí)行代碼，我們先發(fā)送delete請求，從map和和cache中刪除數(shù)據(jù)。然后再發(fā)送post請求，寫入數(shù)據(jù)到map中。最后再發(fā)送get請求，會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在可以正確的取到值了，控制臺也沒有打印從map中獲取數(shù)據(jù)的日志。
這里用到了@CachePut注解，這個注解的作用是將方法的返回值按照給定的key,寫入到cacheNames指定的cache中去。
同樣，我們需要再put方法上加上@CachePut注解，讓修改也能刷新緩存中的數(shù)據(jù)。
到這里，一個簡單的包含增刪改查的緩存應(yīng)用就完成了。

三、劃重點

幾個注解

  • @EnableCaching 啟用緩存配置
  • @Cacheable 指定某個方法的返回值是可以緩存的。在注解屬性中指定緩存規(guī)則。
  • @Cacheput 將方法的返回值緩存到指定的key中
  • @CacheEvict 刪除指定的緩存數(shù)據(jù)
    注意
    @Cacheable和@Cacheput都會將方法的執(zhí)行結(jié)果按指定的key放到緩存中，@Cacheable在執(zhí)行時，會先檢測緩存中是否有數(shù)據(jù)存在，如果有，直接從緩存中讀取。如果沒有，執(zhí)行方法，將返回值放入緩存，而@Cacheput會先執(zhí)行方法，然后再將執(zhí)行結(jié)果寫入緩存。使用@Cacheput的方法一定會執(zhí)行

完整的示例代碼在 https://github.com/ldwqh0/cache-test

最后編輯于 ：
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
【社區(qū)內(nèi)容提示】社區(qū)部分內(nèi)容疑似由AI輔助生成，瀏覽時請結(jié)合常識與多方信息審慎甄別。
平臺聲明：文章內(nèi)容（如有圖片或視頻亦包括在內(nèi)）由作者上傳并發(fā)布，文章內(nèi)容僅代表作者本人觀點，簡書系信息發(fā)布平臺，僅提供信息存儲服務(wù)。

友情鏈接更多精彩內(nèi)容