spring-data-redis-cache 使用及源碼走讀

預期讀者

準備使用 spring 的 data-redis-cache 的同學
瞭解 @CacheConfig，@Cacheable，@CachePut，@CacheEvict，@Caching 的使用
深入理解 data-redis-cache 的實現原理

文章內容說明

如何使用 redis-cache
自定義 keyGenerator 和過期時間
源碼解讀
自帶緩存機制的不足

快速入門

maven 加入 jar 包

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

配置 redis
```
spring.redis.host=127.0.0.1
```
開啓 redis-cache
```
@EnableCaching
```
@CacheConfig，@Cacheable，@CachePut，@CacheEvict，@Caching 的功能
- @Cacheable 會查詢緩存中是否有數據，如果有數據則返回，否則執行方法
- @CachePut 每次都執行方法，並把結果進行緩存
- @CacheEvict 會刪除緩存中的內容
- @Caching 相當於上面三者的綜合，用於配置三者的行爲
- @CacheConfig 配置在類上，用於配置當前類的全局緩存配置

詳細配置

經過上面的配置，就已經可以使用 redis-cache 了，但是還是有些問題需要問自己一下，比如

存儲在 redis 的 key 是什麼樣子的，我可以自定義 key 嗎
存儲到 redis 的 value 是怎麼序列化的
存儲的緩存是多久過期
併發訪問時，會不會直接穿透從而不斷的修改緩存內容

過期時間，序列化方式由此類決定 RedisCacheConfiguration，可以覆蓋此類達到自定義配置。默認配置爲RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig() ，它配置爲永不過期，key 爲 String 序列化，並加上了一個前綴做爲命名空間，value 爲 Jdk 序列化，所以你要存儲的類必須要實現 java.io.Serializable 。

存儲的 key 值的生成由 KeyGenerator 決定，可以在各緩存註解上進行配置，默認使用的是 SimpleKeyGenerator 其存儲的 key 方式爲 SimpleKey [參數名1，參數名2]，如果在同一個命名空間下，有兩個同參數名的方法就公出現衝突導致反序列化失敗。

併發訪問時，確實存在多次訪問數據庫而沒有使用緩存的情況 https://blog.csdn.net/clementad/article/details/52452119

Srping 4.3提供了一個sync參數。是當緩存失效後，爲了避免多個請求打到數據庫,系統做了一個併發控制優化，同時只有一個線程會去數據庫取數據其它線程會被阻塞。

自定義存儲 key

根據上面的說明，很有可能會存在存儲的 key 一致而導致反序列化失敗，所以需要自定義存儲 key ，有兩種實現辦法，一種是使用元數據配置 key（簡單但難維護），一種是全局設置 keyGenerator

使用元數據配置 key

    @Cacheable(key = "#vin+#name")
    public List<Vehicle> testMetaKey(String vin,String name){
        List<Vehicle> vehicles = dataProvide.selectAll();
        return vehicles.stream().filter(vehicle -> vehicle.getVin().equals(vin) && vehicle.getName().contains(name)).collect(Collectors.toList());
    }

這是一個 spel 表達式，可以使用號來拼接參數，常量使用 "" 來包含，更多例子

@Cacheable(value = "user",key = "targetClass.name   '.'  methodName")
@Cacheable(value = "user",key = "'list'  targetClass.name   '.'  methodName   #name ")

注意： 生成的 key 不能爲空值，不然會報錯誤 Null key returned for cache operation

常用的元數據信息

名稱	位置	描述	示例
methodName	root	當前被調用的方法名	#root.methodName
method	root	被調用的方法對象	#root.method.name
target	root	當前實例	#root.target
targetClass	root	當前被調用方法參數列表	#root.targetClass
args	root	當前被調用的方法名	#root.args[0]
caches	root	使用的緩存列表	#root.caches[0].name
Argument Name	執行上下文	方法參數數據	#user.id
result	執行上下文	方法返回值數據	#result.id

使用全局 keyGenerator

使用元數據的特點是簡單，但是難維護，如果需要配置的緩存接口較多的話，這時可以配置一個 keyGenerator ，這個配置配置多個，引用其名稱即可。

@Bean
public KeyGenerator cacheKeyGenerator() {
    return (target, method, params) -> {
        return target+method+params;
    }
}

自定義序列化和配置過期時間

因爲默認使用值序列化爲 Jdk 序列化，存在體積大，增減字段會造成序列化異常等問題，可以考慮其它序列化來覆寫默認序列化。

@Bean
public RedisCacheManager redisCacheManager(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory){
    RedisCacheConfiguration redisCacheConfiguration = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig();
    // 設置過期時間爲 30 天
    redisCacheConfiguration.entryTtl(Duration.ofDays(30));
    redisCacheConfiguration.serializeValuesWith(RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(new KryoRedisSerializer()));
    RedisCacheManager redisCacheManager = RedisCacheManager.builder(redisConnectionFactory)
                .cacheDefaults(redisCacheConfiguration)
                .withInitialCacheConfigurations(customConfigs)
                .build();
}

個性化配置過期時間和序列化

上面的是全局配置過期時間和序列化，可以針對每一個 cacheNames 進行單獨設置，它是一個 Map 配置

Map<String, RedisCacheConfiguration> customConfigs = new HashMap<>();
customConfigs.put("cacheName1",RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig());

RedisCacheManager redisCacheManager = RedisCacheManager.builder(redisConnectionFactory)
                .cacheDefaults(redisCacheConfiguration)
                .withInitialCacheConfigurations(customConfigs)
                .build();

源碼走讀

本源碼走讀只帶你入門，具體的細節需要具體分析

首先不用看源碼也知道這肯定是動態代理來實現的，代理目標方法，獲取配置，然後增強方法功能；

aop 就是幹這件事的，我們自己也經常加一些註解來實現日誌信息採集，其實和這個原理一致，spring-data-cache-redis 也是使用 aop 實現的。

從 @EnableCaching 開始，可以看到導入了一個選擇導入配置的配置類（有點繞，就是可以自己控制導入哪些配置類），默認使用 PROXY 模式

public class CachingConfigurationSelector extends AdviceModeImportSelector<EnableCaching>

PROXY 導入瞭如下配置類

private String[] getProxyImports() {
    List<String> result = new ArrayList<>(3);
    result.add(AutoProxyRegistrar.class.getName());
    result.add(ProxyCachingConfiguration.class.getName());
    if (jsr107Present && jcacheImplPresent) {
        result.add(PROXY_JCACHE_CONFIGURATION_CLASS);
    }
    return StringUtils.toStringArray(result);
}

ProxyCachingConfiguration 重點的配置類是在這個配置類中，它配置了三個 Bean

BeanFactoryCacheOperationSourceAdvisor 是 CacheOperationSource 的一個增強器

CacheOperationSource 主要提供查找方法上緩存註解的方法 findCacheOperations

CacheInterceptor 它是一個 MethodInterceptor 在調用緩存方法時，會執行它的 invoke 方法

下面來看一下 CacheInterceptor 的 invoke 方法

// 關鍵代碼就一句話，aopAllianceInvoker 是一個函數式接口，它會執行你的真實方法
execute(aopAllianceInvoker, invocation.getThis(), method, invocation.getArguments());

進入 execute 方法，可以看到這一層只是獲取到所有的緩存操作集合，@CacheConfig，@Cacheable，@CachePut，@CacheEvict，@Caching 然後把其配置和當前執行上下文進行綁定成了 CacheOperationContexts

Class<?> targetClass = getTargetClass(target);
CacheOperationSource cacheOperationSource = getCacheOperationSource();
if (cacheOperationSource != null) {
    Collection<CacheOperation> operations = cacheOperationSource.getCacheOperations(method, targetClass);
    if (!CollectionUtils.isEmpty(operations)) {
        return execute(invoker, method,
                       new CacheOperationContexts(operations, method, args, target, targetClass));
    }
}

再進入 execute 方法，可以看到前面專門是對 sync 做了處理，後面纔是對各個註解的處理

if (contexts.isSynchronized()) {
    // 這裏是專門於 sync 做的處理，可以先不去管它，後面再來看是如何處理的，先看後面的內容 
}

// Process any early evictions 先做緩存清理工作
processCacheEvicts(contexts.get(CacheEvictOperation.class), true,
                   CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT);

// Check if we have a cached item matching the conditions 查詢緩存中內容 
Cache.ValueWrapper cacheHit = findCachedItem(contexts.get(CacheableOperation.class));

// Collect puts from any @Cacheable miss, if no cached item is found 如果緩存沒有命中,收集 put 請求，後面會統一把需要放入緩存中的統一應用
List<CachePutRequest> cachePutRequests = new LinkedList<>();
if (cacheHit == null) {
    collectPutRequests(contexts.get(CacheableOperation.class),
                       CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT, cachePutRequests);
}

Object cacheValue;
Object returnValue;

// 緩存有命中並且不是 @CachePut 的處理
if (cacheHit != null && !hasCachePut(contexts)) {
    // If there are no put requests, just use the cache hit
    cacheValue = cacheHit.get();
    returnValue = wrapCacheValue(method, cacheValue);
}
else {
    // Invoke the method if we don't have a cache hit 緩存沒有命中,執行真實方法
    returnValue = invokeOperation(invoker);
    cacheValue = unwrapReturnValue(returnValue);
}

// Collect any explicit @CachePuts
collectPutRequests(contexts.get(CachePutOperation.class), cacheValue, cachePutRequests);

// Process any collected put requests, either from @CachePut or a @Cacheable miss 把前面收集到的所有 putRequest 數據放入緩存
for (CachePutRequest cachePutRequest : cachePutRequests) {
    cachePutRequest.apply(cacheValue);
}

// Process any late evictions
processCacheEvicts(contexts.get(CacheEvictOperation.class), false, cacheValue);

return returnValue;

看完了執行流程，現在看一下CacheInterceptor 的超類 CacheAspectSupport ，因爲我可以不設置 cacheManager 就可以使用，查看默認的 cacheManager是在哪設置的

public abstract class CacheAspectSupport extends AbstractCacheInvoker
        implements BeanFactoryAware, InitializingBean, SmartInitializingSingleton {
    // .... 
}

BeanFactoryAware 用來獲取 BeanFactory

InitializingBean 用來管理 Bean 的生命週期，可以在 afterPropertiesSet後添加邏輯

SmartInitializingSingleton 實現該接口後，當所有單例 bean 都初始化完成以後，容器會回調該接口的方法 afterSingletonsInstantiated

在 afterSingletonsInstantiated 中，果然進行了 cacheManager 的設置，從 IOC 容器中拿了一個 cacheManger

setCacheManager(this.beanFactory.getBean(CacheManager.class));

那這個 CacheManager 是誰呢，可以從RedisCacheConfiguration類知道答案，在這裏面配置了一個 RedisCacheManager

@Configuration
@ConditionalOnClass(RedisConnectionFactory.class)
@AutoConfigureAfter(RedisAutoConfiguration.class)
@ConditionalOnBean(RedisConnectionFactory.class)
@ConditionalOnMissingBean(CacheManager.class)
@Conditional(CacheCondition.class)
class RedisCacheConfiguration {}

@Bean
public RedisCacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory,
                                      ResourceLoader resourceLoader) {
    RedisCacheManagerBuilder builder = RedisCacheManager
        .builder(redisConnectionFactory)
        .cacheDefaults(determineConfiguration(resourceLoader.getClassLoader()));
    List<String> cacheNames = this.cacheProperties.getCacheNames();
    if (!cacheNames.isEmpty()) {
        builder.initialCacheNames(new LinkedHashSet<>(cacheNames));
    }
    return this.customizerInvoker.customize(builder.build());
}

從 determineConfiguration() 方法中可以知道 cacheManager 的默認配置

最後看一下，它的切點是如何定義的，即何時會調用 CacheInterceptor 的 invoke 方法

切點的配置是在 BeanFactoryCacheOperationSourceAdvisor 類中，返回一個這樣的切點 CacheOperationSourcePointcut ，覆寫 MethodMatcher 中的 matchs ，如果方法上存在註解，則認爲可以切入。

spring-data-redis-cache 的不足

儘管功能已經非常強大，但它沒有解決緩存刷新的問題，如果緩存在某一時間過期，將會有大量的請求打進數據庫，會造成數據庫很大的壓力。

4.3 版本在這方面做了下併發控制，但感覺比較敷衍，簡單的鎖住其它請求，先把數據 load 到緩存，然後再讓其它請求走緩存。

後面我將自定義緩存刷新，並做一個 cache 加強控件，儘量不對原系統有太多的侵入，敬請關注

一點小推廣

創作不易，希望可以支持下我的開源軟件，及我的小工具，歡迎來 gitee 點星，fork ，提 bug 。

Excel 通用導入導出，支持 Excel 公式
博客地址：https://blog.csdn.net/sanri1993/article/details/100601578
gitee：https://gitee.com/sanri/sanri-excel-poi

使用模板代碼，從數據庫生成代碼，及一些項目中經常可以用到的小工具
博客地址：https://blog.csdn.net/sanri1993/article/details/98664034
gitee：https://gitee.com/sanri/sanri-tools-maven

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詳細配置

自定義存儲 key

使用元數據配置 key

使用全局 keyGenerator

自定義序列化和配置過期時間

個性化配置過期時間和序列化

源碼走讀

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