Spring---缓存数据-Redis

最新推荐文章于 2023-10-08 09:40:06 发布

zhangpower1993

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本文介绍了缓存的基本原理，包括缓存的收益与成本、常见的缓存更新策略等，并详细阐述了如何在Spring框架中使用SpringCache及Redis进行缓存管理。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

3.5 key 和 value 的序列化器

3.6 启用对缓存的支持

3.7 配置缓存管理器

3.8 RedisTemplate API

0. 简介

0.1 缓存收益和场景

缓存能够有效地加速应用的读写速度，同时也可以降低后端负载，对日常应用的开发至关重要。

下图左侧为客户端直接调用存储层的架构，右侧为比较典型的缓存层+存储层架构

缓存比较常用的选型，缓存层选用Redis，存储层选用MySQL。

缓存加入后带来的收益和成本。

收益

加速读写：因为缓存通常都是全内存的，而存储层通常读写性能不够强悍（例如MySQL），通过缓存的使用可以有效地加速读写，优化用户体验。
降低后端负载：帮助后端减少访问量和复杂计算（例如很复杂的SQL语句），在很大程度降低了后端的负载

成本

数据不一致性：缓存层和存储层的数据存在着一定时间窗口的不一致性，时间窗口跟更新策略有关。
代码维护成本：加入缓存后，需要同时处理缓存层和存储层的逻辑，增大了开发者维护代码的成本。
运维成本：以Redis Cluster为例，加入后无形中增加了运维成本。

缓存的使用场景基本包含如下两种：

开销大的复杂计算：以MySQL为例子，一些复杂的操作或者计算（例如大量联表操作、一些分组计算），如果不加缓存，不但无法满足高并发量，同时也会给MySQL带来巨大的负担。
加速请求响应：即使查询单条后端数据足够快（例如select*from tablewhere id=），那么依然可以使用缓存，以Redis为例子，每秒可以完成数万次读写，并且提供的批量操作可以优化整个IO链的响应时间。

0.2 缓存更新策略

缓存中的数据会和数据源中的真实数据有一段时间窗口的不一致，需要利用某些策略进行更新，下面会介绍几种主要的缓存更新策略。

LRU/LFU/FIFO算法剔除

剔除算法通常用于缓存使用量超过了预设的最大值时候，如何对现有的数据进行剔除。例如Redis使用maxmemory-policy这个配置作为内存最大值后对于数据的剔除策略。

超时剔除

通过给缓存数据设置过期时间，在过期时间后自动删除，例如Redis提供的expire命令。如果业务可以容忍一段时间内，缓存层数据和存储层数据不一致，那么可以为其设置过期时间。在数据过期后，再从真实数据源获取数据，重新放到缓存并设置过期时间。例如一个视频的描述信息，可以容忍几分钟内数据不一致，但是涉及交易方面的业务，后果可想而知。

主动更新

应用方对于数据的一致性要求高，需要在真实数据更新后，立即更新缓存数据。例如可以利用消息系统或者其他方式通知缓存更新。

建议：

低一致性业务建议配置最大内存和淘汰策略的方式使用。
高一致性业务可以结合使用超时剔除和主动更新，这样即使主动更新出了问题，也能保证数据过期时间后删除脏数据；

1. 概述

缓存（Caching）可以存储经常会用到的信息，这样每次需要的时候，这些信息都是立即可用的。

常用的缓存数据库：

Redis 使用内存存储（in-memory）的非关系数据库，字符串、列表、集合、散列表、有序集合，每种数据类型都有自己的专属命令。另外还有批量操作（bulk operation）和不完全（partial）的事务支持、发布与订阅、主从复制（master/slave replication）、持久化、脚本（存储过程，stored procedure）。效率比ehcache低，比数据库要快很多，处理集群和分布式缓存方便，有成熟的方案。如果是大型系统，存在缓存共享、分布式部署、缓存内容很大的，建议用redis。
memcached 使用内存存储的键值缓存，键值之间的映射、创建命令、读取命令、更新命令、删除命令以及其他几个命令。为提升性能而设的多线程服务器。memcache在客户端中实现分布式缓存，通过分布式算法指定目标数据的节点。
ehcache 纯java实现，缓存在内存中，可持久化到硬盘，效率高于memcache；但是缓存共享麻烦，集群分布式应用不方便。如果是单个应用或者对缓存访问要求很高的应用，用ehcache。ehcache也有缓存共享方案，不过是通过RMI或者Jgroup多播方式进行广播缓存通知更新，缓存共享复杂，维护不方便；简单的共享可以，但是涉及到缓存恢复，大数据缓存，则不合适。

2. Spring Cache

Spring 缓存的实现是通过创建一个切面（aspect）并触发Spring缓存注解的切点（pointcut）。根据所使用的注解以及缓存的状态，这个切面会从缓存中获取数据，将数据添加到缓存之中或者从缓存中移除某个值。

2.1 Spring与缓存实现进行集成

Spring 能都与多个流行的缓存实现进行集成，实现步骤如下：

2.1.1 启用对缓存的支持

Java 配置注解驱动缓存

使用注解：@EnableCaching

XML 声明的缓存

----<cache:annotation-driven>

2.1.2 缓存管理器

缓存管理器是Spring缓存抽象的核心，它能够与多个流行的缓存实现进行集成。Spring3.1配置了五个缓存管理器实现：

SimpleCacheManager
NoOpCacheManager
ConcurrentMapCacheManager（它的缓存存储是基于内存的，所以它的生命周期是与应用关联的，对于生产级别的大型企业级应用程序，这可能并不是理想的选择）
CompositeCacheManager（系统同时使用多个缓存管理器集成）
EhCacheCacheManager

除了核心的Spring框架，Spring Data又提供了两个缓存管理器：

RedisCacheManager--Spring Data Redis提供
GemfireCacheManager

2.1.3 为方法添加注解以支持缓存

Spring 提供的四个注解来声明缓存规则：

@Cacheable会条件性地触发对方法的调用，这取决于缓存中是不是已经有了所需要的值。
@CachePut采用了一种更为直接的流程。带有@CachePut注解的方法始终都会被调用，而且它的返回值也会放到缓存中。

@Cacheable 和 @CachePut 一些共有的属性：

value：value属性是必须指定的，其表示当前方法的返回值是会被缓存在哪个Cache上的，对应Cache的名称。主要作用是给 cache 取个名称！个人觉得，主要是为了在Spring 容器中可以更好的管理缓存对象。
condition
- 调用方法前：如果SPEL表达式的值为false的话，将不会去走缓存。
- 调用方法后：如果SPEL表达式的值为false的话，将不会将返回值放在缓存中。。
unless
- 调用方法前：不进行判断。
- 调用方法后：如果SPEL表达式的值是true的话，将不会将返回值放在缓存中。
key：指定的key的值就是我们要保存到缓存数据库中的key的值，但是这个key的指定有自己的一套方式，如下：

另外，需要说明的是 #result 不能用在@Cacheable 上是因为 #result 表示的是方法调用的返回值。但是@Cacheable 可能不走方法，可能不会有返回值。所以就不太适用了。但是！但是！#result 可以用在@Cacheable的 unless 属性上，因为 unless 是在方法返回的时候再判断的，所以一定会有返回值！

3. @CacheEvict 的一些属性，指定了哪些缓存数目应该被移除：

@CacheEvict 主要用在要移除一个数据条目的时候，同时移除这个数据条目在缓存中的 key 和 value。

4. @Cacheing

@Caching注解可以让我们在一个方法或者类上同时指定多个Spring Cache相关注解，其中拥有属性：cacheable、put、evict。

@Caching(cacheable=@Cacheable("users"),evict={@CacheEvict("cache2"),@CacheEvict(value="cache3",allEntries=true)})

3. 使用Redis缓存

Spring Data Redis包含了多个模板实现，用来完成Redis数据库的数据存取功能。

 <!-- 配置连接池 -->
       <bean id="poolConfig" class="redis.clients.jedis.JedisPoolConfig">
           <property name="maxIdle" value="50"/>
           <property name="maxTotal" value="100"/>
           <property name="maxWaitMillis" value="20000"/>
       </bean>
                  
       <!-- 配置连接工厂 -->
       <bean id="connectionFactory" class="org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory">
           <property name="hostName" value="localhost"/>
           <property name="port" value="6379"/>
           <property name="poolConfig" ref="poolConfig"/>
       </bean>
    
    <!-- 键值序列化器 -->
       <bean id="stringRedisSerializer" class="org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer"/>
       <bean id="jdkSerializationRedisSerializer" class="org.springframework.data.redis.serializer.JdkSerializationRedisSerializer"></bean>
  
    <!-- 配置redisTemplate -->
       <bean id="redisTemplate" class="org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate">
           <property name="connectionFactory" ref="connectionFactory"/>
           <!-- 设置默认的序列化器为字符串序列化 -->
           <property name="defaultSerializer" ref="stringRedisSerializer"/>
           <property name="keySerializer" ref="stringRedisSerializer"/>
           <property name="valueSerializer" ref="jdkSerializationRedisSerializer"/>
           <property name="hashKeySerializer" ref="stringRedisSerializer"/>
           <property name="hashValueSerializer" ref="jdkSerializationRedisSerializer"/>
       </bean>
       
       <!-- 使用注解驱动，其中属性cache-manager默认值为cacheManager -->
       <cache:annotation-driven cache-manager="redisCacheManager"/>
       
       <!-- 定义缓存管理器 -->
       <bean id="redisCacheManager" class="org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheManager">
           <!-- 通过构造方法注入redisTemplate -->
           <constructor-arg index="0" ref="redisTemplate"/>
           <!-- 定义默认超时时间 -->
           <property name="defaultExpiration" value="600"/>
           <!-- 缓存管理器名称 -->
           <property name="cacheNames">
               <list>
                   <value>redisCacheManager</value>
               </list>
           </property>
       </bean>

3.1 添加依赖

在Spring中使用Redis需要jedis.jar和spring-data-redis.jar

    <dependency>
      <groupId>org.springframework.data</groupId>
      <artifactId>spring-data-redis</artifactId>
      <version>1.8.7.RELEASE</version>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>redis.clients</groupId>
      <artifactId>jedis</artifactId>
      <version>2.9.0</version>
    </dependency>

3.2 配置连接池

配置了Redis数据库连接池的最大闲置连接数、最大连接数和最长等待时间；

3.3 Redis连接工厂

redis连接工厂会生成到Redis数据库服务器的连接。配置了Redis数据库的主机和端口号，同时引入了之前配置的连接池；

有四种Redis连接工厂：

JedisConnetionFactory
JredisConnectionFactory
LettuceConnectionFactory
SrpConnectionFactory

3.4 配置RedisTemplate

redisTemplate封装了对redis的操作，要操作redis，则肯定要引入上面配置好的连接工厂和序列化器；

Spring Data Redis提供了两个模版

RedisTemplate
StringRedisTemplate

RedisTemplate 支持 Object类型的key 和 Object类型的value。而StringRedisTemplate则采用更简单粗暴的方式，只支持 String类型的key 和String类型的value。

需要注入Redis连接工厂bean；
需要注入序列化器bean

3.5 key 和 value 的序列化器

什么是序列化器呢？当某个条目保存到Redis key-value存储的时候，key和value都会使用Redis的序列化器进行序列化。由于Redis只能提供基于字符串型的操作，而在java中是以类和对象为主，序列化器的作用是将java对象和Redis字符串相互转换，使得可以将java对象序列化为字符串存入Redis，同时也可以取出Redis序列化过的字符串转换成java对象

Spring Data Redis提供了多个这样的序列化器，包括：