Spring Cache的基本使用與實現原理詳解

Spring Cache 概念

從Spring 3.1版本開始，提供了一種透明的方式來為現有的Spring 應用添加cache，使用起來就像@Transaction一樣。在應用層面與后端存儲之間，提供了一層抽象，這層抽象目的在于封裝各種可插拔的后端存儲( Ehcache Guava Redis)，最小化因為緩存給現有業務代碼帶來的侵入。

Spring 的緩存技術還具備相當的靈活性。不僅能夠使用 SpEL（Spring Expression Language）來定義緩存的 key 和各種 condition，還提供開箱即用的緩存暫時存儲方案，也支持和主流的專業緩存比如 EHCache 集成。

其特點總結例如以下：

• 通過少量的配置 annotation 凝視就可以使得既有代碼支持緩存
• 支持開箱即用 Out-Of-The-Box，即不用安裝和部署額外第三方組件就可以使用緩存
• 支持 Spring Express Language，能使用對象的不論什么屬性或者方法來定義緩存的 key 和 condition
• 支持 AspectJ，并通過事實上現不論什么方法的緩存支持
• 支持自己定義 key 和自己定義緩存管理者，具有相當的靈活性和擴展性

設計理念

正如Spring框架的其它服務一樣，Spring cache 首先是提供了一層抽象，核心抽象主要體現在兩個接口上
org.springframework.cache.Cache

org.springframework.cache.CacheManager

Cache代表緩存本身

CacheManager代表對緩存的處理和管理等。抽象的意義在于屏蔽實現細節的差異和提供擴展性，這一層Cache的抽象解耦了緩存的使用和緩存的后端存儲，這樣后續可以方便的更換后端存儲。

使用Spring Cache分三步：

• 聲明緩存
• 開啟Spring的cache功能
• 配置后端的存儲

聲明緩存

@Cacheable("books")
public Book findBook(ISBN isbn) {...}

用法很簡單，在方法上添加@cacheable等注解，表示緩存該方法的結果。

當方法有被調用時，先檢查cache中有沒有針對該方法相同參數的調用發生過，如果有，從cache中查詢并返回結果。如果沒有，則執行具體的方法邏輯，并把結果緩存到cache中。當然這一系列邏輯對于調用者來說都是透明的。其它的緩存操作的注解包含如下（詳細說明可參見官方文檔）：

• @Cacheable triggers cache population
• @CacheEvict triggers cache eviction
• @CachePut updates the cache without interfering with the method execution
• @Caching regroups multiple cache operations to be applied on a method
• @CacheConfig shares some common cache-related settings at class-level

開啟Spring Cache的支持

<cache:annotation-driven />

或者使用注解@EnableCaching的方式

配置緩存后端存儲

Spring Cache提供了幾種內置的后端存儲的實現：下面都是CacheManager的具體實現。

此外，Spring Data提供了兩個緩存管理器：

• RedisCacheManager（來自于Spring Data Redis項目）
• GmfireCacheManager（來自于Spring Data GemFire項目

假如使用memcached或者redis等分布式緩存的話，可以自己實現Cache和CacheManager，然后在Context里聲明即可。如果需要使用到多種不同的緩存實現，可以用組合模式把各種不同的CacheManager封裝在一起。

緩存的key是如何生成

我們都知道緩存的存儲方式一般是key value的方式，那么在Spring cache里，key是如何被設置的呢，在這里要引入KeyGenerator，它負責key的生成策略，默認的使用SimpleKeyGenerator

能看出來，其中就是有序參數數組的hash值。當然用戶可以自定義key生成策略。

Spring Cache的實現

上面是Spring cache的大致使用方式，來看是Spring是如何實現的。

在學習Spring源碼的時候，有兩點可以記住：

• 大多數高級功能的實現都依賴Spring AOP
• 大多數功能的組裝時機都依賴Sprin bean生命周期中的幾個回調接口

記住了這些就比較容易理解Spring中的一些組件的實現及運行時機制

Spring cache也不例外，它是典型的Spring AOP實現，在Spring里，aop可以簡單的理解為代理(AspectJ除外)，我們聲明了@Cacheable的方法的類，都會被代理，在代理中，實現緩存的查詢與設置操作。

Cache 基礎設施的創建

上一篇(Spring AOP 模塊概述)談到過，Spring AOP的創建過程，本質是實現了一個BeanPostProcessor，在創建bean的過程中創建proxy，并且為proxy綁定所有適用于該bean的advisor，最終暴露給容器。

Spring中AOP主幾個關鍵的概念 advisor  advice pointcut

advice = 切面攔截中插入的行為

pointcut = 切面的切入點

advisor = advice + pointcut

Spring cache也同樣與其它aop有類似的過程

創建 cache proxy

• 由InfrastructureAdvisorAutoProxyCreator負責的，它實現BeanPostProcessor所以可以在bean實例化返回給容器前有機會創建代理，它又繼承了AbstractAdvisorAutoProxyCreator，所以又具備了給代理類綁定advisor的能力。
• pointcut的職責是由CacheOperationSourcePointcut完成的，它主要是通過方法上的cache相關的注解來判斷匹配是否需要切入

Cache的攔截行

Spring cache中生成cache代理對象使用的是CacheProxyFactoryBean工廠類。一般來說，在Spring中標準代理的創建都是基于ProxyFactoryBean，在這里，為了更方便的處理cache邏輯，Spring引入了CacheProxyFactoryBean來專門表示cache相關的代理，cache proxy能wrapper單例目標對象，并且代理目標對象實現的所有接口。

可以看到，在CacheProxyFactoryBean中，有個重要的屬性是CacheInterceptor，這個類是一個MethodInterceptor的實現類，這個類的職責是在目標對象目標方法上執行具體緩存操作，這也就是上面提到的advice的職責。

繼續往下跟，return 的execute方法是父類CacheAspectSupport中的方法

在這個方法里，我們最終找到的操作緩存的最終邏輯

• 判斷緩存條件
• 獲取key
• 獲取cache
• 最終調用cache.get(key, Callable)方法，第二個參數是一個回調，用于處理沒有命中緩存的情況：
  if cached, return; otherwise create, cache and return

總結

以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對億速云的支持。