Spring Cache + Caffeine的整合与使用

前言

对于一些项目里需要对数据库里的某些数据一直重复请求的，且这些数据基本是固定的，在这种情况下，可以借助简单使用本地缓存来缓存这些数据。这些介绍一下Spring Cache和Caffeine的使用。

引入依赖和CacheConfig

在pom文件里面引入下面的依赖：

    <dependency>
      <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId>
      <artifactId>caffeine</artifactId>
    </dependency>

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

在启动类上加上@EnableCaching的注解

@EnableCaching
public class SpringBootApplication{

}

新建一个CacheConfig类

@Configuration
public class CacheConfig {

    /********************************
     *  @function  : 生成缓存管理器
     *  @parameter : []
     *  @return    : org.springframework.cache.CacheManager
     *  @date      : 2023/12/13 14:46
     ********************************/
    @Primary
    @Bean("customCacheManager")
    public CacheManager customCacheManager() {
        SimpleCacheManager simpleCacheManager = new SimpleCacheManager();
        List<Cache> cacheList = new ArrayList<>();
        cacheList.add(customCache());
        simpleCacheManager.setCaches(cacheList);
        return simpleCacheManager;
    }

    /********************************
     *  @function  : 生成自定义缓存容器
     *  @parameter : []
     *  @return    : org.springframework.cache.Cache
     *  @date      : 2023/12/13 14:46
     ********************************/
    public Cache customCache() {
        return new CaffeineCache("customCache", Caffeine.newBuilder()
                .build(), true);
    }
}

这里customCache()方法我并没有设置相关过期时间和最大值，不设置会导致没有默认过期时间和最大值。如果需要设置可以参考下面的写法

    public Cache customCache() {
        return new CaffeineCache("customCache", Caffeine.newBuilder()
                .maximumSize(100)
                .initialCapacity(100)
                .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES)
                .recordStats()
                .build(),
                true);
    }

CaffeineCache参数的讲解

1. "customCache": 这是缓存的名称。在应用程序中，你可以通过这个名称来获取对应的缓存实例。
2. Caffeine.newBuilder(): 这是创建Caffeine缓存实例的起始点。newBuilder()返回一个Caffeine构建器对象，用于配置和定制缓存的各种属性。
3. .maximumSize(100): 这是设置缓存的最大容量，即缓存可以容纳的最大条目数。在这个例子中，缓存的最大容量被设置为100。
4. .initialCapacity(100): 这是设置缓存的初始容量，即在缓存初始化时分配的内部数据结构的初始大小。在这个例子中，初始容量被设置为100。
5. .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES): 这是设置缓存项在被写入后的过期时间。在这个例子中，缓存项将在被写入后的10分钟内过期。
6. .recordStats(): 这是启用缓存统计信息的选项。启用后，你可以从缓存实例中获取有关缓存使用情况的统计信息，例如命中率、加载次数等。

使用中，对过期策略的使用会比较重要，对于过期的策略有：

1. 写入后过期 (expireAfterWrite)： 缓存项被写入后的一段时间内过期。可以通过以下方式配置：

   Caffeine.newBuilder()
           .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES)
           .build();

   在上述示例中，缓存项将在被写入后的10分钟内过期。

2. 访问后过期 (expireAfterAccess)： 缓存项在一段时间内没有被访问后过期。可以通过以下方式配置：

   Caffeine.newBuilder()
           .expireAfterAccess(15, TimeUnit.MINUTES)
           .build();

   在上述示例中，缓存项将在最后一次访问后的15分钟内过期。

3. 定时过期 (expireAfter)： 缓存项在指定的固定时间内过期，不考虑写入或访问。可以通过以下方式配置：

   Caffeine.newBuilder()
           .expireAfter(1, TimeUnit.HOURS)
           .build();

   在上述示例中，缓存项将在创建后的1小时内过期。

这些过期定时策略可以根据具体的使用场景和需求进行组合或选择。

上面不同写法将会导致生成不同的localcache实现类，可以在build方法中看到：

进入isBounded()方法：

如果使用缓存会调用localcache的get方法，最后进入computeIfAbsent（）方法，对比上面两个实现类的实现，先是BoundedLocalCache:

UnboundedLocalCache：

下面这个并不会去检查是否过期。

使用示范

在MVC的使用，可以将缓存的注解标识于service层：

@Service
@Slf4j
@CacheConfig(cacheNames = "customCache", cacheManager = "customCacheManager")
public class CalDataInitServiceImpl implements ICalDataInitService {

    @Cacheable(key = "#root.methodName + #sendCardName")
    public int getSlotCount(String sendCardName) {
        ..方法体
        return calCard.getSlotCount();
    }
    
    ...
        
	@CachePut(key = "#param")
	public String updateCache(String param) {
    	// 对数据库更新某个值
  	   return updatedValue;
	}

    @CacheEvict(key = "#param")
    public void evictCache(String param) {
        // 对数据库删除某个值
    }
    
}

使用到的注解解析：

@Cacheable 是Spring框架中用于声明缓存规则的注解之一。它通常用于标记在方法上，以指示Spring在执行方法前先检查缓存，如果缓存中已有数据，则直接返回缓存中的数据，而不执行方法体。如果缓存中没有数据，则执行方法体，并将方法的返回值存入缓存。

以下是 以@Cacheable 注解为例的主要参数介绍和使用方式：

1. value（或 cacheNames）： 指定缓存的名称，可以指定一个或多个缓存。如果指定多个缓存，Spring会依次检查缓存，直到找到第一个有数据的缓存或全部检查完毕。示例：

   @Cacheable(value = "myCache")
   public String getCachedData() {
       // 方法体
   }

2. key： 指定缓存项的键。默认情况下，Spring会使用方法的参数作为键，但你也可以通过 key 属性指定自定义的缓存键。示例：

   @Cacheable(value = "myCache", key = "#param")
   public String getCachedData(String param) {
       // 方法体
   }

3. condition： 指定条件表达式，只有当条件满足时才会缓存。示例：

   @Cacheable(value = "myCache", condition = "#result != null")
   public String getCachedData() {
       // 方法体
   }

4. unless： 指定一个条件表达式，当条件为 true 时，不会将结果放入缓存。示例：

   @Cacheable(value = "myCache", unless = "#result == null")
   public String getCachedData() {
       // 方法体
   }

5. keyGenerator： 指定自定义的缓存键生成器。这个属性允许你提供一个实现了 org.springframework.cache.interceptor.KeyGenerator 接口的类，用于生成缓存键。示例：

   @Cacheable(value = "myCache", keyGenerator = "customKeyGenerator")
   public String getCachedData() {
       // 方法体
   }

6. sync： 是否启用同步模式。如果设置为 true，可以解决并发查的问题，Spring会在调用方法时锁定缓存，防止多个线程同时访问数据库。默认为 false。示例：

   @Cacheable(value = "myCache", sync = true)
   public String getCachedData() {
       // 方法体
   }

这些是 @Cacheable 注解的一些常用参数。可以根据实际需要选择合适的参数来定义缓存规则。

在Spring中，除了 @Cacheable，另外一些注解及其简要介绍：

1. @CacheEvict： 用于从缓存中移除数据。通常用于在方法执行后清空指定缓存。示例：

   @CacheEvict(value = "myCache", key = "#param")
   public void evictCache(String param) {
       // 方法体
   }

2. @CachePut： 用于将方法的返回值更新到缓存中，常用于更新缓存而不影响方法的执行。示例：

   @CachePut(value = "myCache", key = "#param")
   public String updateCache(String param) {
       // 方法体
       return updatedValue;
   }

3. @Caching： 用于将多个缓存相关的注解组合在一起，实现复杂的缓存操作。示例：

   @Caching(
       evict = {@CacheEvict(value = "cache1", key = "#param1")},
       put = {@CachePut(value = "cache2", key = "#param2")}
   )
   public String complexCacheOperation(String param1, String param2) {
       // 方法体
   }

4. @CacheConfig： 用于在类级别配置缓存的一些公共属性，避免在每个方法上都重复指定相同的缓存名称等信息。示例：

   @CacheConfig(cacheNames = "commonCache")
   public class MyService {
       @Cacheable
       public String getCachedData(String param) {
           // 方法体
       }
   }

这些注解可以单独使用，也可以结合使用，以满足不同的缓存需求。

清空缓存的方法

清空所有缓存，可以不指定 value 和 key，如下所示：

@CacheEvict(allEntries = true)
public void evictAllCaches() {
    // 方法体
}

在这个例子中，allEntries = true 表示清空所有缓存。

如果你想根据某个条件来判断是否清空缓存，可以使用 condition 属性，例如：

@CacheEvict(value = "myCache", key = "#param", condition = "#param != 'noEviction'")
public void evictCacheConditionally(String param) {
    // 方法体
}

在上述例子中，只有当 param 不等于 'noEviction' 时才会执行缓存清空操作。

除了 @CacheEvict，在一些特定场景下，@CachePut 也可以被用来"清空"缓存，因为它将方法的返回值放入缓存，如果返回值为 null，相当于移除缓存项。这种方式通常在更新操作时使用。

注意事项

如下图代码所示，如果在updateCache方法又调用了同个类里面的getSlotCount（)方法，是不会使用到缓存的，这是因为缓存的实现是通过AOP实现，在同个类里面调用方法，实际是通过this来调，不会调用到代理对象，因此相当于@Cacheable注解在这种情况是不生效的。

@Service
@Slf4j
@CacheConfig(cacheNames = "customCache", cacheManager = "customCacheManager")
public class CalDataInitServiceImpl implements ICalDataInitService {

    @Cacheable(key = "#root.methodName + #sendCardName")
    public int getSlotCount(String sendCardName) {
        ..方法体
        return calCard.getSlotCount();
    }
    
    ...
        
	@CachePut(key = "#param")
	public String updateCache(String param) {
        getSlotCount("xx");
    	// 对数据库更新某个值
  	   return updatedValue;
	}

    
}