概述
Spring 3.1 引入了激动人心的基于注释（annotation）的缓存（cache）技术，它本质上不是一个具体的缓存实现方案（例如EHCache 或者 OSCache），而是一个对缓存使用的抽象，通过在既有代码中添加少量它定义的各种 annotation，即能够达到缓存方法的返回对象的效果。
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临时存储方案，也支持和主流的专业缓存例如 EHCache 集成。
我们以前如何自己实现缓存的呢
这里先展示一个完全自定义的缓存实现，即不用任何第三方的组件来实现某种对象的内存缓存。
场景如下：
这里先展示一个完全自定义的缓存实现，即不用任何第三方的组件来实现某种对象的内存缓存。
首先定义一个实体类：账号类，具备基本的 id 和 name 属性，且具备 getter 和 setter 方法。
public class Account {
private int id;
private String name;
public Account(String name) {
this.name = name;
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
然后定义一个缓存管理器，这个管理器负责实现缓存逻辑，支持对象的增加、修改和删除，支持值对象的泛型。如下：
public class CacheContext {
private Map cache = Maps.newConcurrentMap();
public T get(String key){
return cache.get(key);
}
public void addOrUpdateCache(String key,T value) {
cache.put(key, value);
}
// 根据 key 来删除缓存中的一条记录
public void evictCache(String key) {
if(cache.containsKey(key)) {
cache.remove(key);
}
}
// 清空缓存中的所有记录
public void evictCache() {
cache.clear();
}
}
现在我们有了实体类和一个缓存管理器，还需要一个提供账号查询的服务类，此服务类使用缓存管理器来支持账号查询缓存，如下：
@Service
public class AccountService1 {
private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AccountService1.class);
@Resource
private CacheContext accountCacheContext;
public Account getAccountByName(String accountName) {
Account result = accountCacheContext.get(accountName);
if (result != null) {
logger.info("get from cache... {}", accountName);
return result;
}
Optional accountOptional = getFromDB(accountName);
if (!accountOptional.isPresent()) {
throw new IllegalStateException(String.format("can not find account by account name : [%s]", accountName));
}
Account account = accountOptional.get();
accountCacheContext.addOrUpdateCache(accountName, account);
return account;
}
public void reload() {
accountCacheContext.evictCache();
}
private Optional getFromDB(String accountName) {
logger.info("real querying db... {}", accountName);
//Todo query data from database
return Optional.fromNullable(new Account(accountName));
}
}
现在我们开始写一个测试类，用于测试刚才的缓存是否有效。
public class AccountService1Test {
private AccountService1 accountService1;
private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AccountService1Test.class);
@Before
public void setUp() throws Exception {
ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext1.xml");
accountService1 = context.getBean("accountService1", AccountService1.class);
}
@Test
public void testInject(){
assertNotNull(accountService1);
}
@Test
public void testGetAccountByName() throws Exception {
accountService1.getAccountByName("accountName");
accountService1.getAccountByName("accountName");
accountService1.reload();
logger.info("after reload ....");
accountService1.getAccountByName("accountName");
accountService1.getAccountByName("accountName");
}
}
按照分析，执行结果应该是：首先从数据库查询，然后直接返回缓存中的结果，重置缓存后，应该先从数据库查询，然后返回缓存中的结果. 查看程序运行的日志如下：
00:53:17.166 [main] INFO c.r.s.cache.example1.AccountService - real querying db... accountName
00:53:17.168 [main] INFO c.r.s.cache.example1.AccountService - get from cache... accountName
00:53:17.168 [main] INFO c.r.s.c.example1.AccountServiceTest - after reload ....
00:53:17.168 [main] INFO c.r.s.cache.example1.AccountService - real querying db... accountName
00:53:17.169 [main] INFO c.r.s.cache.example1.AccountService - get from cache... accountName
可以看出我们的缓存起效了，但是这种自定义的缓存方案有如下劣势：
- 缓存代码和业务代码耦合度太高，如上面的例子，AccountService 中的 getAccountByName（）方法中有了太多缓存的逻辑，不便于维护和变更
- 不灵活，这种缓存方案不支持按照某种条件的缓存，比如只有某种类型的账号才需要缓存，这种需求会导致代码的变更
- 缓存的存储这块写的比较死，不能灵活的切换为使用第三方的缓存模块
Spring cache是如何做的呢
一句话介绍就是Spring AOP的动态代理技术。
我们对AccountService1 进行修改，创建AccountService2：
@Service
public class AccountService2 {
private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AccountService2.class);
// 使用了一个缓存名叫 accountCache
@Cacheable(value="accountCache")
public Account getAccountByName(String accountName) {
// 方法内部实现不考虑缓存逻辑，直接实现业务
logger.info("real querying account... {}", accountName);
Optional accountOptional = getFromDB(accountName);
if (!accountOptional.isPresent()) {
throw new IllegalStateException(String.format("can not find account by account name : [%s]", accountName));
}
return accountOptional.get();
}
private Optional getFromDB(String accountName) {
logger.info("real querying db... {}", accountName);
//Todo query data from database
return Optional.fromNullable(new Account(accountName));
}
}
我们注意到在上面的代码中有一行：
@Cacheable(value="accountCache")
这个注释的意思是，当调用这个方法的时候，会从一个名叫 accountCache 的缓存中查询，如果没有，则执行实际的方法（即查询数据库），并将执行的结果存入缓存中，否则返回缓存中的对象。这里的缓存中的 key 就是参数 accountName，value 就是 Account 对象。“accountCache”缓存是在 spring*.xml 中定义的名称。我们还需要一个 spring 的配置文件来支持基于注释的缓存。
这个配置项缺省使用了一个名字叫 cacheManager 的缓存管理器。如果需要Spring缓存可以正常工作，必须配置一个CacheManager。CacheManager实现类你可以配置Spring-context本身提供的SimpleCacheManager和ConcurrentMapCacheManager等。CacheManager简单描述就是用来存放Cache，Cache用于存放具体的key-value值。
其中SimpleCacheManager这个缓存管理器实现了我们刚刚自定义的缓存管理器的逻辑，它需要配置一个属性 caches，即此缓存管理器管理的缓存集合，除了缺省的名字叫 default 的缓存，我们还自定义了一个名字叫 accountCache 的缓存。
然后我们编写测试程序：
public class AccountService2Test {
private AccountService2 accountService2;
private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AccountService2Test.class);
@Before
public void setUp() throws Exception {
ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext2.xml");
accountService2 = context.getBean("accountService2", AccountService2.class);
}
@Test
public void testInject(){
assertNotNull(accountService2);
}
@Test
public void testGetAccountByName() throws Exception {
logger.info("first query...");
accountService2.getAccountByName("accountName");
logger.info("second query...");
accountService2.getAccountByName("accountName");
}
}
上面的测试代码主要进行了两次查询，第一次应该会查询数据库，第二次应该返回缓存，不再查数据库，我们执行一下，看看结果：
01:10:32.435 [main] INFO c.r.s.c.example2.AccountService2Test - first query...
01:10:32.456 [main] INFO c.r.s.cache.example2.AccountService2 - real querying account... accountName
01:10:32.457 [main] INFO c.r.s.cache.example2.AccountService2 - real querying db... accountName
01:10:32.458 [main] INFO c.r.s.c.example2.AccountService2Test - second query...
可以看出我们设置的基于注释的缓存起作用了，而在 AccountService.java 的代码中，我们没有看到任何的缓存逻辑代码，只有一行注释：@Cacheable(value="accountCache")，就实现了基本的缓存方案，是不是很强大？
如何清空缓存
好，到目前为止，我们的 spring cache 缓存程序已经运行成功了，但是还不完美，因为还缺少一个重要的缓存管理逻辑：清空缓存。当账号数据发生变更，那么必须要清空某个缓存，另外还需要定期的清空所有缓存，以保证缓存数据的可靠性。
为了加入清空缓存的逻辑，我们只要对 AccountService2.java 进行修改，从业务逻辑的角度上看，它有两个需要清空缓存的地方：
- 当外部调用更新了账号，则我们需要更新此账号对应的缓存
- 当外部调用说明重新加载，则我们需要清空所有缓存
我们在AccountService2的基础上进行修改，修改为AccountService3，代码如下：
@Service
public class AccountService3 {
private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AccountService3.class);
// 使用了一个缓存名叫 accountCache
@Cacheable(value="accountCache")
public Account getAccountByName(String accountName) {
// 方法内部实现不考虑缓存逻辑，直接实现业务
logger.info("real querying account... {}", accountName);
Optional accountOptional = getFromDB(accountName);
if (!accountOptional.isPresent()) {
throw new IllegalStateException(String.format("can not find account by account name : [%s]", accountName));
}
return accountOptional.get();
}
@CacheEvict(value="accountCache",key="#account.getName()")
public void updateAccount(Account account) {
updateDB(account);
}
@CacheEvict(value="accountCache",allEntries=true)
public void reload() {
}
private void updateDB(Account account) {
logger.info("real update db...{}", account.getName());
}
private Optional getFromDB(String accountName) {
logger.info("real querying db... {}", accountName);
//Todo query data from database
return Optional.fromNullable(new Account(accountName));
}
}
我们的测试代码如下：
public class AccountService3Test {
private AccountService3 accountService3;
private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AccountService3Test.class);
@Before
public void setUp() throws Exception {
ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext2.xml");
accountService3 = context.getBean("accountService3", AccountService3.class);
}
@Test
public void testGetAccountByName() throws Exception {
logger.info("first query.....");
accountService3.getAccountByName("accountName");
logger.info("second query....");
accountService3.getAccountByName("accountName");
}
@Test
public void testUpdateAccount() throws Exception {
// account1会查询db
Account account1 = accountService3.getAccountByName("accountName1");
logger.info(account1.toString());
// account2会查询db
Account account2 = accountService3.getAccountByName("accountName2");
logger.info(account2.toString());
account2.setId(121212);
accountService3.updateAccount(account2);
// account1会走缓存
account1 = accountService3.getAccountByName("accountName1");
logger.info(account1.toString());
// account2会查询db
account2 = accountService3.getAccountByName("accountName2");
logger.info(account2.toString());
}
@Test
public void testReload() throws Exception {
accountService3.reload();
// 这2行查询数据库
accountService3.getAccountByName("somebody1");
accountService3.getAccountByName("somebody2");
// 这两行走缓存
accountService3.getAccountByName("somebody1");
accountService3.getAccountByName("somebody2");
}
}
在这个测试代码中我们重点关注testUpdateAccount()方法，在测试代码中我们已经注释了在update完account2以后，再次查询的时候，account1会走缓存，而account2不会走缓存，而去查询db。
如何按照条件操作缓存
前面介绍的缓存方法，没有任何条件，即所有对 accountService 对象的 getAccountByName 方法的调用都会起动缓存效果，不管参数是什么值。
如果有一个需求，就是只有账号名称的长度小于等于 4 的情况下，才做缓存，大于 4 的不使用缓存。
虽然这个需求比较坑爹，但是抛开需求的合理性，我们怎么实现这个功能呢？可以使用condition属性：
@Cacheable(value="accountCache",condition="#accountName.length() <= 4")// 缓存名叫 accountCache
public Account getAccountByName(String accountName) {
// 方法内部实现不考虑缓存逻辑，直接实现业务
return getFromDB(accountName);
}
注意其中的 condition=”#accountName.length() <=4”，这里使用了 SpEL （Spring Expression Language）表达式访问了参数 accountName 对象的 length() 方法，条件表达式返回一个布尔值，true/false，当条件为 true，则进行缓存操作，否则直接调用方法执行的返回结果。
如果有多个参数，如何进行 key 的组合
假设我们希望根据对象相关属性的组合来进行缓存，比如有这么一个场景：
要求根据账号名、密码和是否发送日志查询账号信息
很明显，这里我们需要根据账号名、密码对账号对象进行缓存，而第三个参数“是否发送日志”对缓存没有任何影响。所以，我们可以利用 SpEL 表达式对缓存 key 进行设计。我们为Account类增加一个password 属性， 然后修改AccountService代码：
@Cacheable(value="accountCache",key="#accountName.concat(#password)")
public Account getAccount(String accountName,String password,boolean sendLog) {
// 方法内部实现不考虑缓存逻辑，直接实现业务
return getFromDB(accountName,password);
}
注意上面的 key 属性，其中引用了方法的两个参数 accountName 和 password，而 sendLog 属性没有考虑，因为其对缓存没有影响。
accountService.getAccount("accountName", "123456", true);// 查询数据库
accountService.getAccount("accountName", "123456", true);// 走缓存
accountService.getAccount("accountName", "123456", false);// 走缓存
accountService.getAccount("accountName", "654321", true);// 查询数据库
accountService.getAccount("accountName", "654321", true);// 走缓存
如何做到：既要保证方法被调用，又希望结果被缓存
根据前面的例子，我们知道，如果使用了 @Cacheable 注释，则当重复使用相同参数调用方法的时候，方法本身不会被调用执行，即方法本身被略过了，取而代之的是方法的结果直接从缓存中找到并返回了。
现实中并不总是如此，有些情况下我们希望方法一定会被调用，因为其除了返回一个结果，还做了其他事情，例如记录日志，调用接口等，这个时候，我们可以用 @CachePut注释，这个注释可以确保方法被执行，同时方法的返回值也被记录到缓存中。
@Cacheable(value="accountCache")
public Account getAccountByName(String accountName) {
// 方法内部实现不考虑缓存逻辑，直接实现业务
return getFromDB(accountName);
}
// 更新 accountCache 缓存
@CachePut(value="accountCache",key="#account.getName()")
public Account updateAccount(Account account) {
return updateDB(account);
}
private Account updateDB(Account account) {
logger.info("real updating db..."+account.getName());
return account;
}
我们的测试代码如下：
Account account = accountService.getAccountByName("someone");
account.setPassword("123");
accountService.updateAccount(account);
account.setPassword("321");
accountService.updateAccount(account);
account = accountService.getAccountByName("someone");
logger.info(account.getPassword());
如上面的代码所示，我们首先用 getAccountByName 方法查询一个人 someone 的账号，这个时候会查询数据库一次，但是也记录到缓存中了。然后我们修改了密码，调用了 updateAccount 方法，这个时候会执行数据库的更新操作且记录到缓存，我们再次修改密码并调用 updateAccount 方法，然后通过 getAccountByName 方法查询，这个时候，由于缓存中已经有数据，所以不会查询数据库，而是直接返回最新的数据，所以打印的密码应该是“321”。
注意和限制
上面介绍过 spring cache 的原理，即它是基于动态生成的 proxy 代理机制来对方法的调用进行切面，这里关键点是对象的引用问题.
如果对象的方法是内部调用（即 this 引用）而不是外部引用，则会导致 proxy 失效，那么我们的切面就失效，也就是说上面定义的各种注释包括 @Cacheable、@CachePut 和 @CacheEvict 都会失效，我们来演示一下。
public Account getAccountByName2(String accountName) {
return this.getAccountByName(accountName);
}
@Cacheable(value="accountCache")// 使用了一个缓存名叫 accountCache
public Account getAccountByName(String accountName) {
// 方法内部实现不考虑缓存逻辑，直接实现业务
return getFromDB(accountName);
}
上面我们定义了一个新的方法 getAccountByName2，其自身调用了 getAccountByName 方法，这个时候，发生的是内部调用（this），所以没有走 proxy，导致 spring cache 失效。
@CacheEvict 的可靠性问题
我们看到，@CacheEvict注释有一个属性 beforeInvocation，缺省为 false，即缺省情况下，都是在实际的方法执行完成后，才对缓存进行清空操作。期间如果执行方法出现异常，则会导致缓存清空不被执行。我们演示一下。
// 清空 accountCache 缓存
@CacheEvict(value="accountCache",allEntries=true)
public void reload() {
throw new RuntimeException();
}
我们的测试代码如下：
accountService.getAccountByName("someone");
accountService.getAccountByName("someone");
try {
accountService.reload();
} catch (Exception e) {
//...
}
accountService.getAccountByName("someone");
注意上面的代码，我们在 reload 的时候抛出了运行期异常，这会导致清空缓存失败。上面的测试代码先查询了两次，然后 reload，然后再查询一次，结果应该是只有第一次查询走了数据库，其他两次查询都从缓存，第三次也走缓存因为 reload 失败了。
那么我们如何避免这个问题呢？我们可以用 @CacheEvict 注释提供的 beforeInvocation 属性，将其设置为 true，这样，在方法执行前我们的缓存就被清空了。可以确保缓存被清空。