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Spring Boot 缓存管理

以下示例代码见：https://gitee.com/ixinglan/spring-boot-demo.git

1.默认缓存管理

Spring框架支持透明地向应用程序添加缓存对缓存进行管理，其管理缓存的核心是将缓存应用于操作数据的方法，从而减少操作数据的执行次数，同时不会对程序本身造成任何干扰。

Spring Boot继承了Spring框架的缓存管理功能，通过使用@EnableCaching注解开启基于注解的缓存支持，Spring Boot就可以启动缓存管理的自动化配置

  • 开启缓存支持：@EnableCaching

  • @Cacheable

    使用@Cacheable注解对数据操作方法进行缓存管理。将@Cacheable注解标注在Service类的查询方法上，对查询结果进行缓存

    该注解的作用是将查询结果Comment存放在Spring Boot默认缓存中名称为comment的名称空间（namespace）中，对应缓存唯一标识

    @Service
public class CommentServiceImpl implements ICommentService {

    @Autowired
    private CommentMapper commentMapper;

    @Cacheable
    @Override
    public Comment findById(Integer id) {
        System.out.println("没走缓存");
        return commentMapper.findById(id);
    }
}

    底层结构：SpringBoot默认装配的是SimpleCacheConfiguration ,他使用的CacheManager ConcurrentMapCacheManager, 使用 ConcurrentMap 当底层的数据结构,按照Cache的名字查询出Cache, 每一个Cache中存在多个k-v键值对,缓存值

    执行流程&时机:方法运行之前，先去查询Cache（缓存组件），按照cacheNames指定的名字获取，（CacheManager先获取相应的缓存），第一次获取缓存如果没有Cache组件会自动创建；

    去Cache中查找缓存的内容，使用一个key，默认就是方法的参数，如果多个参数或者没有参数，是按照某种策略生成的，默认是使用KeyGenerator生成的，使用SimpleKeyGenerator生成key，SimpleKeyGenerator生成key的默认策略：

    常用SPEL表达式:

  • @CachePut注解

    目标方法执行完之后生效, @CachePut被使用于修改操作比较多,哪怕缓存中已经存在目标值了,但是这个注解保证这个方法依然会执行,执行之后的结果被保存在缓存中

    @CachePut注解也提供了多个属性，这些属性与@Cacheable注解的属性完全相同。

    更新操作,前端会把id+实体传递到后端使用,我们就直接指定方法的返回值从新存进缓存时的key="#id" , 如果前端只是给了实体,我们就使用key="#实体.id" 获取key. 同时,他的执行时机是目标方法结束后执行, 所以也可以使用 key="#result.id" , 拿出返回值的id

  • @CacheEvict注解

    @CacheEvict注解是由Spring框架提供的，可以作用于类或方法（通常用在数据删除方法上），该注解的作用是删除缓存数据。@CacheEvict注解的默认执行顺序是，先进行方法调用，然后将缓存进行清除

2.整合Redis缓存实现

在Spring Boot中，数据的缓存管理存储依赖于Spring框架中cache相关的org.springframework.cache.Cache和org.springframework.cache.CacheManager缓存管理器接口。

如果程序中没有定义类型为CacheManager的Bean组件或者是名为cacheResolver的CacheResolver缓存解析器，Spring Boot将尝试选择并启用以下缓存组件（按照指定的顺序）：

Generic->JCache(EhCache3,Hazelcast,Infinispan等)->EhCache2.X->Hazelcast->Infinispan->Couchbase->Redis->Caffeine->Simple

上面按照Spring Boot缓存组件的加载顺序，列举了支持的9种缓存组件，在项目中添加某个缓存管理组件（例如Redis）后，Spring Boot项目会选择并启用对应的缓存管理器。如果项目中同时添加了多个缓存组件，且没有指定缓存管理器或者缓存解析器（CacheManager或者cacheResolver），那么Spring Boot会按照上述顺序在添加的多个缓存中优先启用指定的缓存组件进行缓存管理。

上面Spring Boot默认缓存管理中，没有添加任何缓存管理组件能实现缓存管理。这是因为开启缓存管理后，Spring Boot会按照上述列表顺序查找有效的缓存组件进行缓存管理，如果没有任何缓存组件，会默认使用最后一个Simple缓存组件进行管理。Simple缓存组件是Spring Boot默认的缓存管理组件，它默认使用内存中的ConcurrentMap进行缓存存储，所以在没有添加任何第三方缓存组件的情况下，可以实现内存中的缓存管理，但是我们不推荐使用这种缓存管理方式

2.1 基于注解的redis缓存实现

  • 添加依赖

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

  • 服务器连接

    # Redis服务地址
spring.redis.host=127.0.0.1
# Redis服务器连接端口
spring.redis.port=6379
# Redis服务器连接密码（默认为空）
spring.redis.password=

  • 缓存使用

    实体类需要实现Serializable！！！

2.2 基于api的redis缓存实现

在Spring Boot整合Redis缓存实现中，除了基于注解形式的Redis缓存实现外，还有一种开发中常用的方式——基于API的Redis缓存实现。这种基于API的Redis缓存实现，需要在某种业务需求下通过Redis提供的API调用相关方法实现数据缓存管理；同时，这种方法还可以手动管理缓存的有效期

@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;
//见示例代码

基于API的Redis缓存实现的相关配置。基于API的Redis缓存实现不需要@EnableCaching注解开启基于注解的缓存支持，所以这里可以选择将添加在项目启动类上的@EnableCaching进行删除或者注释

3.自定义Redis缓存序列化机制

刚刚完成了Spring Boot整合Redis进行了数据的缓存管理，但缓存管理的实体类数据使用的是JDK序列化方式，不便于使用可视化管理工具进行查看和管理。

3.1 自定义 RedisTemplate类

查看RedisTemplate源码，在RedisTemplate内部声明了缓存数据key、value的各种序列化方式，且初始值都为空；在afterPropertiesSet()方法中，判断如果默认序列化参数defaultSerializer为空，将数据的默认序列化方式设置为JdkSerializationRedisSerializer

  • 使用RedisTemplate进行Redis数据缓存操作时，内部默认使用的是JdkSerializationRedisSerializer序列化方式，所以进行数据缓存的实体类必须实现JDK自带的序列化接口（例如Serializable）
  • 使用RedisTemplate进行Redis数据缓存操作时，如果自定义了缓存序列化方式defaultSerializer，那么将使用自定义的序列化方式

查看RedisSerializer

public interface RedisSerializer<T> {
    @Nullable
    byte[] serialize(@Nullable T t) throws SerializationException;

    @Nullable
    T deserialize(@Nullable byte[] bytes) throws SerializationException;

    static RedisSerializer<Object> java() {
        return java((ClassLoader)null);
    }

    static RedisSerializer<Object> java(@Nullable ClassLoader classLoader) {
        return new JdkSerializationRedisSerializer(classLoader);
    }

    static RedisSerializer<Object> json() {
        return new GenericJackson2JsonRedisSerializer();
    }

    static RedisSerializer<String> string() {
        return StringRedisSerializer.UTF_8;
    }

    static RedisSerializer<byte[]> byteArray() {
        return ByteArrayRedisSerializer.INSTANCE;
    }

    default boolean canSerialize(Class<?> type) {
        return ClassUtils.isAssignable(this.getTargetType(), type);
    }

    default Class<?> getTargetType() {
        return Object.class;
    }
}

可以看出，RedisSerializer是一个Redis序列化接口，默认有6个实现类，这6个实现类代表了6种不同的数据序列化方式。其中，JdkSerializationRedisSerializer是JDK自带的，也是RedisTemplate内部默认使用的数据序列化方式，开发者可以根据需要选择其他支持的序列化方式（例如JSON方式）

3.2 自定义RedisTemplate序列化机制

在项目中引入Redis依赖后，Spring Boot提供的RedisAutoConfiguration自动配置会生效。打开RedisAutoConfiguration类，查看内部源码中关于RedisTemplate的定义方式

@Configuration(proxyBeanMethods = false)
@ConditionalOnClass(RedisOperations.class)
@EnableConfigurationProperties(RedisProperties.class)
@Import({ LettuceConnectionConfiguration.class, JedisConnectionConfiguration.class })
public class RedisAutoConfiguration {

	@Bean
	@ConditionalOnMissingBean(name = "redisTemplate")
	@ConditionalOnSingleCandidate(RedisConnectionFactory.class)
	public RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
		RedisTemplate<Object, Object> template = new RedisTemplate<>();
		template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
		return template;
	}

	@Bean
	@ConditionalOnMissingBean
	@ConditionalOnSingleCandidate(RedisConnectionFactory.class)
	public StringRedisTemplate stringRedisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
		return new StringRedisTemplate(redisConnectionFactory);
	}

}

从上述RedisAutoConfiguration核心源码中可以看出，在Redis自动配置类中，通过Redis连接工厂RedisConnectionFactory初始化了一个RedisTemplate；该类上方添加了@ConditionalOnMissingBean注解（顾名思义，当某个Bean不存在时生效），用来表明如果开发者自定义了一个名为redisTemplate的Bean，则该默认初始化的RedisTemplate不会生效

如果想要使用自定义序列化方式的RedisTemplate进行数据缓存操作，可以参考上述核心代码创建一个名为redisTemplate的Bean组件，并在该组件中设置对应的序列化方式即可

3.3 自定义RedisCacheManager

刚刚针对基于 API方式的RedisTemplate进行了自定义序列化方式的改进，从而实现了JSON序列化方式缓存数据，但是这种自定义的RedisTemplate对于基于注解的Redis缓存来说，是没有作用的。

接下来，针对基于注解的Redis缓存机制和自定义序列化方式进行讲解

@Configuration(proxyBeanMethods = false)
@ConditionalOnClass(RedisConnectionFactory.class)
@AutoConfigureAfter(RedisAutoConfiguration.class)
@ConditionalOnBean(RedisConnectionFactory.class)
@ConditionalOnMissingBean(CacheManager.class)
@Conditional(CacheCondition.class)
class RedisCacheConfiguration {

	@Bean
	RedisCacheManager cacheManager(CacheProperties cacheProperties, CacheManagerCustomizers cacheManagerCustomizers,
			ObjectProvider<org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheConfiguration> redisCacheConfiguration,
			ObjectProvider<RedisCacheManagerBuilderCustomizer> redisCacheManagerBuilderCustomizers,
			RedisConnectionFactory redisConnectionFactory, ResourceLoader resourceLoader) {
		RedisCacheManagerBuilder builder = RedisCacheManager.builder(redisConnectionFactory).cacheDefaults(
				determineConfiguration(cacheProperties, redisCacheConfiguration, resourceLoader.getClassLoader()));
		List<String> cacheNames = cacheProperties.getCacheNames();
		if (!cacheNames.isEmpty()) {
			builder.initialCacheNames(new LinkedHashSet<>(cacheNames));
		}
		if (cacheProperties.getRedis().isEnableStatistics()) {
			builder.enableStatistics();
		}
		redisCacheManagerBuilderCustomizers.orderedStream().forEach((customizer) -> customizer.customize(builder));
		return cacheManagerCustomizers.customize(builder.build());
	}

	private org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheConfiguration determineConfiguration(
			CacheProperties cacheProperties,
			ObjectProvider<org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheConfiguration> redisCacheConfiguration,
			ClassLoader classLoader) {
		return redisCacheConfiguration.getIfAvailable(() -> createConfiguration(cacheProperties, classLoader));
	}

	private org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheConfiguration createConfiguration(
			CacheProperties cacheProperties, ClassLoader classLoader) {
		Redis redisProperties = cacheProperties.getRedis();
		org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheConfiguration config = org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheConfiguration
				.defaultCacheConfig();
		config = config.serializeValuesWith(
				SerializationPair.fromSerializer(new JdkSerializationRedisSerializer(classLoader)));
		if (redisProperties.getTimeToLive() != null) {
			config = config.entryTtl(redisProperties.getTimeToLive());
		}
		if (redisProperties.getKeyPrefix() != null) {
			config = config.prefixCacheNameWith(redisProperties.getKeyPrefix());
		}
		if (!redisProperties.isCacheNullValues()) {
			config = config.disableCachingNullValues();
		}
		if (!redisProperties.isUseKeyPrefix()) {
			config = config.disableKeyPrefix();
		}
		return config;
	}

}

从上述核心源码中可以看出，同RedisTemplate核心源码类似，RedisCacheConfiguration内部同样通过Redis连接工厂RedisConnectionFactory定义了一个缓存管理器RedisCacheManager；同时定制RedisCacheManager时，也默认使用了JdkSerializationRedisSerializer序列化方式。

配置文件如下：

@Configuration
public class RedisConfig {
    @Bean
    public RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
        RedisTemplate<Object, Object> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);

        // 创建JSON格式序列化对象，对缓存数据的key和value进行转换
        Jackson2JsonRedisSerializer jackson2JsonRedisSerializer = new Jackson2JsonRedisSerializer(Object.class);

        // 解决查询缓存转换异常的问题
        ObjectMapper om = new ObjectMapper();
        om.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);
        om.enableDefaultTyping(ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL);

        jackson2JsonRedisSerializer.setObjectMapper(om);

        //设置redisTemplate模板API的序列化方式为json
        template.setDefaultSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);

        return template;
    }


    @Bean
    public RedisCacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
        // 分别创建String和JSON格式序列化对象，对缓存数据key和value进行转换
        RedisSerializer<String> strSerializer = new StringRedisSerializer();
        Jackson2JsonRedisSerializer jacksonSeial = new Jackson2JsonRedisSerializer(Object.class);

        // 解决查询缓存转换异常的问题
        ObjectMapper om = new ObjectMapper();
        om.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);
        om.enableDefaultTyping(ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL);
        jacksonSeial.setObjectMapper(om);

        // 定制缓存数据序列化方式及时效
        RedisCacheConfiguration config = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig()
            .entryTtl(Duration.ofDays(1))
            .serializeKeysWith(RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(strSerializer))
            .serializeValuesWith(RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(jacksonSeial))
            .disableCachingNullValues();
        RedisCacheManager cacheManager = RedisCacheManager.builder(redisConnectionFactory).cacheDefaults(config).build();
        return cacheManager;
    }
}
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