Spring Boot 2.x基础教程：进程内缓存的使用与Cache注解详解

随着时间的积累，应用的使用用户不断增加，数据规模也越来越大，往往数据库查询操作会成为影响用户使用体验的瓶颈，此时使用缓存往往是解决这一问题非常好的手段之一。Spring 3开始提供了强大的基于注解的缓存支持，可以通过注解配置方式低侵入的给原有Spring应用增加缓存功能，提高数据访问性能。

在Spring Boot中对于缓存的支持，提供了一系列的自动化配置，使我们可以非常方便的使用缓存。下面我们通过一个简单的例子来展示，我们是如何给一个既有应用增加缓存功能的。

快速入门

下面我们将使用使用Spring Data JPA访问MySQL一文的案例为基础。这个案例中包含了使用Spring Data JPA访问User数据的操作，利用这个基础，我们为其添加缓存，来减少对数据库的IO，以达到访问加速的作用。如果您还不熟悉如何实现对MySQL的读写操作，那么建议先阅读前文，完成这个基础案例的编写。

先简单回顾下这个案例的基础内容：

User实体的定义

@Entity
@Data
@NoArgsConstructor
public class User {

    @Id
    @GeneratedValue
    private Long id;

    private String name;
    private Integer age;

    public User(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

User实体的数据访问实现

public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {

    User findByName(String name);

    User findByNameAndAge(String name, Integer age);

    @Query("from User u where u.name=:name")
    User findUser(@Param("name") String name);

}

为了更好的理解缓存，我们先对该工程做一些简单的改造。

application.properties文件中新增spring.jpa.show-sql=true，开启hibernate对sql语句的打印。如果是1.x版本，使用spring.jpa.properties.hibernate.show_sql=true参数。
修改单元测试类，插入User表一条用户名为AAA，年龄为10的数据。并通过findByName函数完成两次查询，具体代码如下：

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class Chapter51ApplicationTests {

    @Autowired
    private UserRepository userRepository;

    @Test
    public void test() throws Exception {
        // 创建1条记录
        userRepository.save(new User("AAA", 10));

        User u1 = userRepository.findByName("AAA");
        System.out.println("第一次查询：" + u1.getAge());

        User u2 = userRepository.findByName("AAA");
        System.out.println("第二次查询：" + u2.getAge());
    }

}

在没有加入缓存之前，我们可以先执行一下这个案例，可以看到如下的日志：

Hibernate: select user0_.id as id1_0_, user0_.age as age2_0_, user0_.name as name3_0_ from user user0_ where user0_.name=?
第一次查询：10
Hibernate: select user0_.id as id1_0_, user0_.age as age2_0_, user0_.name as name3_0_ from user user0_ where user0_.name=?
第二次查询：10

两次findByName查询都执行了两次SQL，都是对MySQL数据库的查询。

引入缓存

第一步：在pom.xml中引入cache依赖，添加如下内容：

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

第二步：在Spring Boot主类中增加@EnableCaching注解开启缓存功能，如下：

@EnableCaching
@SpringBootApplication
public class Chapter51Application {

	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(Chapter51Application.class, args);
	}

}

第三步：在数据访问接口中，增加缓存配置注解，如：

@CacheConfig(cacheNames = "users")
public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {

    @Cacheable
    User findByName(String name);

}

第四步：再来执行以下单元测试，可以在控制台中输出了下面的内容

Hibernate: insert into user (age, name, id) values (?, ?, ?)
Hibernate: select user0_.id as id1_0_, user0_.age as age2_0_, user0_.name as name3_0_ from user user0_ where user0_.name=?
第一次查询：10
第二次查询：10

到这里，我们可以看到，在调用第二次findByName函数时，没有再执行select语句，也就直接减少了一次数据库的读取操作。

为了可以更好的观察，缓存的存储，我们可以在单元测试中注入CacheManager。

@Autowired
private CacheManager cacheManager;

使用debug模式运行单元测试，观察CacheManager中的缓存集users以及其中的User对象的缓存加深理解。

可以看到，在第一次调用findByName函数之后，CacheManager将这个查询结果保存了下来，所以在第二次访问的时候，就能匹配上而不需要再访问数据库了。

Cache配置注解详解

回过头来我们再来看这里使用到的两个注解分别作了什么事情：

@CacheConfig：主要用于配置该类中会用到的一些共用的缓存配置。在这里@CacheConfig(cacheNames = "users")：配置了该数据访问对象中返回的内容将存储于名为users的缓存对象中，我们也可以不使用该注解，直接通过@Cacheable自己配置缓存集的名字来定义。
@Cacheable：配置了findByName函数的返回值将被加入缓存。同时在查询时，会先从缓存中获取，若不存在才再发起对数据库的访问。该注解主要有下面几个参数：
- value、cacheNames：两个等同的参数（cacheNames为Spring 4新增，作为value的别名），用于指定缓存存储的集合名。由于Spring 4中新增了@CacheConfig，因此在Spring 3中原本必须有的value属性，也成为非必需项了
- key：缓存对象存储在Map集合中的key值，非必需，缺省按照函数的所有参数组合作为key值，若自己配置需使用SpEL表达式，比如：@Cacheable(key = "#p0")：使用函数第一个参数作为缓存的key值，更多关于SpEL表达式的详细内容可参考官方文档
- condition：缓存对象的条件，非必需，也需使用SpEL表达式，只有满足表达式条件的内容才会被缓存，比如：@Cacheable(key = "#p0", condition = "#p0.length() < 3")，表示只有当第一个参数的长度小于3的时候才会被缓存，若做此配置上面的AAA用户就不会被缓存，读者可自行实验尝试。
- unless：另外一个缓存条件参数，非必需，需使用SpEL表达式。它不同于condition参数的地方在于它的判断时机，该条件是在函数被调用之后才做判断的，所以它可以通过对result进行判断。
- keyGenerator：用于指定key生成器，非必需。若需要指定一个自定义的key生成器，我们需要去实现org.springframework.cache.interceptor.KeyGenerator接口，并使用该参数来指定。需要注意的是：该参数与key是互斥的
- cacheManager：用于指定使用哪个缓存管理器，非必需。只有当有多个时才需要使用
- cacheResolver：用于指定使用那个缓存解析器，非必需。需通过org.springframework.cache.interceptor.CacheResolver接口来实现自己的缓存解析器，并用该参数指定。

除了这里用到的两个注解之外，还有下面几个核心注解：

@CachePut：配置于函数上，能够根据参数定义条件来进行缓存，它与@Cacheable不同的是，它每次都会真是调用函数，所以主要用于数据新增和修改操作上。它的参数与@Cacheable类似，具体功能可参考上面对@Cacheable参数的解析
@CacheEvict：配置于函数上，通常用在删除方法上，用来从缓存中移除相应数据。除了同@Cacheable一样的参数之外，它还有下面两个参数：
- allEntries：非必需，默认为false。当为true时，会移除所有数据
- beforeInvocation：非必需，默认为false，会在调用方法之后移除数据。当为true时，会在调用方法之前移除数据。