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Spring Cache的基本使用与实现原理详解

时间:2021-04-26 14:30     来源/作者:张涛

spring cache 概念

从spring 3.1版本开始,提供了一种透明的方式来为现有的spring 应用添加cache,使用起来就像@transaction一样。在应用层面与后端存储之间,提供了一层抽象,这层抽象目的在于封装各种可插拔的后端存储( ehcache guava redis),最小化因为缓存给现有业务代码带来的侵入。

spring 的缓存技术还具备相当的灵活性。不仅能够使用 spel(spring expression language)来定义缓存的 key 和各种 condition,还提供开箱即用的缓存暂时存储方案,也支持和主流的专业缓存比如 ehcache 集成。

其特点总结例如以下:

  • 通过少量的配置 annotation 凝视就可以使得既有代码支持缓存
  • 支持开箱即用 out-of-the-box,即不用安装和部署额外第三方组件就可以使用缓存
  • 支持 spring express language,能使用对象的不论什么属性或者方法来定义缓存的 key 和 condition
  • 支持 aspectj,并通过事实上现不论什么方法的缓存支持
  • 支持自己定义 key 和自己定义缓存管理者,具有相当的灵活性和扩展性

设计理念

正如spring框架的其它服务一样,spring cache 首先是提供了一层抽象,核心抽象主要体现在两个接口上
org.springframework.cache.cache

org.springframework.cache.cachemanager

cache代表缓存本身

cachemanager代表对缓存的处理和管理等。抽象的意义在于屏蔽实现细节的差异和提供扩展性,这一层cache的抽象解耦了缓存的使用和缓存的后端存储,这样后续可以方便的更换后端存储。

使用spring cache分三步:

  • 声明缓存
  • 开启spring的cache功能
  • 配置后端的存储

声明缓存

?
1
2
@cacheable("books")
public book findbook(isbn isbn) {...}

用法很简单,在方法上添加@cacheable等注解,表示缓存该方法的结果。

当方法有被调用时,先检查cache中有没有针对该方法相同参数的调用发生过,如果有,从cache中查询并返回结果。如果没有,则执行具体的方法逻辑,并把结果缓存到cache中。当然这一系列逻辑对于调用者来说都是透明的。其它的缓存操作的注解包含如下(详细说明可参见官方文档):

  • @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

开启spring cache的支持

?
1
<cache:annotation-driven />

或者使用注解@enablecaching的方式

配置缓存后端存储

spring cache提供了几种内置的后端存储的实现:下面都是cachemanager的具体实现。

Spring Cache的基本使用与实现原理详解

此外,spring data提供了两个缓存管理器:

  • rediscachemanager(来自于spring data redis项目)
  • gmfirecachemanager(来自于spring data gemfire项目

假如使用memcached或者redis等分布式缓存的话,可以自己实现cache和cachemanager,然后在context里声明即可。如果需要使用到多种不同的缓存实现,可以用组合模式把各种不同的cachemanager封装在一起。

Spring Cache的基本使用与实现原理详解

缓存的key是如何生成

我们都知道缓存的存储方式一般是key value的方式,那么在spring cache里,key是如何被设置的呢,在这里要引入keygenerator,它负责key的生成策略,默认的使用simplekeygenerator

Spring Cache的基本使用与实现原理详解

Spring Cache的基本使用与实现原理详解

能看出来,其中就是有序参数数组的hash值。当然用户可以自定义key生成策略。

spring cache的实现

上面是spring cache的大致使用方式,来看是spring是如何实现的。

在学习spring源码的时候,有两点可以记住:

  • 大多数高级功能的实现都依赖spring aop
  • 大多数功能的组装时机都依赖sprin bean生命周期中的几个回调接口

记住了这些就比较容易理解spring中的一些组件的实现及运行时机制

spring cache也不例外,它是典型的spring aop实现,在spring里,aop可以简单的理解为代理(aspectj除外),我们声明了@cacheable的方法的类,都会被代理,在代理中,实现缓存的查询与设置操作。

cache 基础设施的创建

上一篇(spring aop 模块概述)谈到过,spring aop的创建过程,本质是实现了一个beanpostprocessor,在创建bean的过程中创建proxy,并且为proxy绑定所有适用于该bean的advisor,最终暴露给容器。

spring中aop主几个关键的概念 advisor  advice pointcut

advice = 切面拦截中插入的行为

pointcut = 切面的切入点

advisor = advice + pointcut

spring cache也同样与其它aop有类似的过程

创建 cache proxy

  • 由infrastructureadvisorautoproxycreator负责的,它实现beanpostprocessor所以可以在bean实例化返回给容器前有机会创建代理,它又继承了abstractadvisorautoproxycreator,所以又具备了给代理类绑定advisor的能力。
  • pointcut的职责是由cacheoperationsourcepointcut完成的,它主要是通过方法上的cache相关的注解来判断匹配是否需要切入

cache的拦截行

spring cache中生成cache代理对象使用的是cacheproxyfactorybean工厂类。一般来说,在spring中标准代理的创建都是基于proxyfactorybean,在这里,为了更方便的处理cache逻辑,spring引入了cacheproxyfactorybean来专门表示cache相关的代理,cache proxy能wrapper单例目标对象,并且代理目标对象实现的所有接口。

Spring Cache的基本使用与实现原理详解

可以看到,在cacheproxyfactorybean中,有个重要的属性是cacheinterceptor,这个类是一个methodinterceptor的实现类,这个类的职责是在目标对象目标方法上执行具体缓存操作,这也就是上面提到的advice的职责。

Spring Cache的基本使用与实现原理详解

继续往下跟,return 的execute方法是父类cacheaspectsupport中的方法

Spring Cache的基本使用与实现原理详解

在这个方法里,我们最终找到的操作缓存的最终逻辑

  • 判断缓存条件
  • 获取key
  • 获取cache
  • 最终调用cache.get(key, callable)方法,第二个参数是一个回调,用于处理没有命中缓存的情况:
    if cached, return; otherwise create, cache and return

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对服务器之家的支持。

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/mgC190U08WDIUEFEFM-1SA

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