基于Spring的Web缓存

Posted 2023-02-22 天码营

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了基于Spring的Web缓存相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

缓存的基本思想其实是以空间换时间。我们知道，IO的读写速度相对内存来说是非常比较慢的，通常一个web应用的瓶颈就出现在磁盘IO的读写上。那么，如果我们在内存中建立一个存储区，将数据缓存起来，当浏览器端由请求到达的时候，直接从内存中获取相应的数据，这样一来可以降低服务器的压力，二来，可以提高请求的响应速度，提升用户体验。

缓存的分类

数据库数据缓存

一般来说，web应用业务逻辑业务逻辑比较复杂，数据库繁多，要获取某个完整的数据，往往要多次读取数据库，或者使用极其复杂效率较低的SQL查询语句。为了提高查询的性能，将查询后的数据放到内存中进行缓存，下次查询时，直接从内存缓存直接返回，提高响应效率。

应用层缓存

应用层缓存主要针对某个业务方法进行缓存，有些业务对象逻辑比较复杂，，可能涉及到多次数据库读写或者其他消耗较高的操作，应用层缓存可以将复杂的业务逻辑解放出来，降低服务器压力。

页面缓存

除了IO外，web应用的另一大瓶颈就是页面模板的渲染。每次请求都需要从业务逻辑层获取相应的model，并将其渲染成对应的html。一般来说，web应用读取数据的需求比更新数据的需求大很多，大多数情况下，某个请求返回的HTML是一样的，因此直接将HTML缓存起来也是缓存的一个主流做法。

代理服务器缓存

代理服务器是浏览器和源服务器之间的中间服务器，浏览器先向这个中间服务器发起Web请求，经过处理后（比如权限验证，缓存匹配等），再将请求转发到源服务器。代理服务器缓存的运作原理跟浏览器的运作原理差不多，只是规模更大。可以把它理解为一个共享缓存，不只为一个用户服务，一般为大量用户提供服务，因此在减少相应时间和带宽使用方面很有效，同一个副本会被重用多次。

CDN缓存

CDN（ Content delivery networks ）缓存，也叫网关缓存、反向代理缓存。浏览器先向CDN网关发起Web请求，网关服务器后面对应着一台或多台负载均衡源服务器，会根据它们的负载请求，动态将请求转发到合适的源服务器上。虽然这种架构负载均衡源服务器之间的缓存没法共享，但却拥有更好的处扩展性。

基于spring的缓存

spring作为一个成熟的java web 框架，自身有一套完善的缓存机制，同时，spring还未其他缓存的实现提供了扩展。接下来，让我们在一个简单的学生管理系统中尝试spring的数据库缓存、应用层缓存、页面缓存的实现。

基于spring的Web缓存

源程序简介

本节课我们来看看一个简单的学生管理系统，改系统使用了Spring+JPA+EhCache的架构对数据库进行了缓存。大家可以直接下载源码进行学习。

数据库准备

测试程序使用了mysql作为数据库，安装好mysql后，建立一个空白的数据库，例如cache。

建好数据库后，修改src/main/resources/application.properties的数据库配置

spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost/cache?useUnicode=true&characterEncoding=utf8
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=

利用maven启动程序

该系统利用maven作为构建工具，如果对maven没有了解的同学可以自行了解一下，我们会利用maven进行整个项目的构建以及运行。因此需要大家下载安装maven。

安装完成后，打开命令行，进入程序所在目录，输入以下命令：

mvn spring-boot:run

打开浏览器，访问以下http://localhost:8111/blogs即可看到最初的博客列表页面

直接运行 `com.tmy.App.java`

如果你成功的将项目作为一个maven项目导入进eclipse，直接运行com.tmy.App.java也可以将项目启动起来。

注意，如果希望将项目导入进eclipse，需要为eclipse添加maven插件，否则会出现依赖的类找不到的问题。

页面列表

以下是程序所提供的所有页面以及相关说明：

http://localhost:8111/blogs //没有加缓存的博客列表页面

http://localhost:8111/blogs/dao //添加了数据层缓存

http://localhost:8111/blogs/service?test=test //添加了服务层缓存
http://localhost:8111/blogs/service/update?test=test //更新服务层缓存
http://localhost:8111/blogs/service/evict?test=test //删除服务层缓存
http://localhost:8111/blogs/service/test?test=test //删除服务层缓存的同时更新缓存

http://localhost:8111/blogs/page //添加了页面缓存
http://localhost:8111/blogs/page/update //清空页面缓存
http://localhost:8111/blogs/page/delete //清空页面缓存

涉及到的技术

maven

maven是目前主流java的构建工具之一，如果对maven没有了解的同学可以自行了解一下，接下来我们会利用maven进行整个项目的构建以及运行。

spring boot

spring boot是spring的一个子项目，其目的是spring应用的初始搭建以及开发过程，如果你想自己搭建一个基于spring的应用，强烈建议学习一下在《java web 全栈开发》这门课程，教你如何从对spring零基础到搭建好一个完整的spring web应用。这里，我们只需知道mvn spring-boot:run命令可以将系统run起来即可。

Spring

Spring作为目前主流的java web框架，大家应该都很了解，这里不做过多介绍。

JPA全称Java Persistence API，JPA通过JDK 5.0注解或XML描述对象－关系表的映射关系，并将运行期的实体对象持久化到数据库中。本门课程主要讲基于spring的数据库缓存，对于JPA的内容不做过多的涉及。

EhCache

EhCache 是一个纯Java的进程内缓存框架，具有快速、精干等特点。我们的学生管理系统将利用EhCache对数据库层进行缓存。

配置EhCache

对EhCache的依赖

上一节我们讲到很多技术，这里我们主要的依赖是指对EhCache的依赖，需要在Spring项目中引入EhCache，在pom.xml中加入以下代码即可：

    <dependency>
        <groupId>org.hibernate</groupId>
        <artifactId>hibernate-ehcache</artifactId>
    </dependency>

配置CacheManager

添加ehcache配置文件

在src/main/resources下添加文件ehcache.xml：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<ehcache xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://ehcache.org/ehcache.xsd"
         name="CM1"
         updateCheck="false"
         maxBytesLocalHeap="16M">

    <diskStore path="/data/app/cache/ehcache"/>

    <defaultCache
            eternal="false"
            overflowToDisk="false"
            maxElementsInMemory="10000"
            timeToIdleSeconds="3600"
            timeToLiveSeconds="36000"
            />
</ehcache>

encache可以对以下参数进行配置：

name

缓存名称

maxElementsInMemory

内存中最大缓存对象数

maxElementsOnDisk

硬盘中最大缓存对象数，若是0表示无穷大

eternal

true表示对象永不过期，此时会忽略timeToIdleSeconds和timeToLiveSeconds属性，默认为false

overflowToDisk

true表示当内存缓存的对象数目达到了maxElementsInMemory界限后，会把溢出的对象写到硬盘缓存中。注意：如果缓存的对象要写入到硬盘中的话，则该对象必须实现了Serializable接口才行。

diskSpoolBufferSizeMB

磁盘缓存区大小，默认为30MB。每个Cache都应该有自己的一个缓存区。

diskPersistent

是否缓存虚拟机重启期数据

diskExpiryThreadIntervalSeconds

磁盘失效线程运行时间间隔，默认为120秒

timeToIdleSeconds

设定允许对象处于空闲状态的最长时间，以秒为单位。当对象自从最近一次被访问后，如果处于空闲状态的时间超过了timeToIdleSeconds属性值，这个对象就会过期，EHCache将把它从缓存中清空。只有当eternal属性为false，该属性才有效。如果该属性值为0，则表示对象可以无限期地处于空闲状态

timeToLiveSeconds

设定对象允许存在于缓存中的最长时间，以秒为单位。当对象自从被存放到缓存中后，如果处于缓存中的时间超过了 timeToLiveSeconds属性值，这个对象就会过期，EHCache将把它从缓存中清除。只有当eternal属性为false，该属性才有效。如果该属性值为0，则表示对象可以无限期地存在于缓存中。timeToLiveSeconds必须大于timeToIdleSeconds属性，才有意义

memoryStoreEvictionPolicy

当达到maxElementsInMemory限制时，Ehcache将会根据指定的策略去清理内存。可选策略有：LRU（最近最少使用，默认策略）、FIFO（先进先出）、LFU（最少访问次数）。

添加cacheManager

首先，我们要通过@EnableCaching标注将Spring通过标注进行缓存管理的功能打开，以方便我们之后通过标注添加数据库缓存。

然后，为CacheConfiguration添加@Configuration标注，打开CacheConfiguration内@Bean的功能。

生成一个CacheManager的实例。

最后，在web app销毁的时候销毁cacheManager。

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfiguration 

    private net.sf.ehcache.CacheManager cacheManager;

    @PreDestroy
    public void destroy() 
        cacheManager.shutdown();
    

    @Bean
    public CacheManager cacheManager() 
        cacheManager = net.sf.ehcache.CacheManager.create();
        EhCacheCacheManager ehCacheManager = new EhCacheCacheManager();
        ehCacheManager.setCacheManager(cacheManager);
        return ehCacheManager;

数据层缓存实现

添加ehcache设置

首先，我们需要在EhCache中设置一块区域来存放缓存，在src/main/resources/ehcache.xml中添加如下配置：

<cache name="com.tmy.model.User"></cache>
<cache name="com.tmy.model.Blog"></cache>

Hibernate的一级缓存和二级缓存

Hibernate提供了两级缓存，第一级是Session的缓存。由于Session对象的生命周期通常对应一个数据库事务或者一个应用事务，因此它的缓存是事务范围的缓存。第一级缓存是必需的，hibernate会默认提供好。

第二级缓存是一个可插拔的的缓存插件，它是由SessionFactory负责管理。由于SessionFactory对象的生命周期和应用程序的整个过程对应，因此第二级缓存是进程范围或者集群范围的缓存。这个缓存中存放的对象的松散数据第二级缓存是可选的，可以在每个类或每个集合的粒度上配置第二级缓存。

打开二级缓存

我们可以通过为entry对象添加标注的方式打开二级缓存：

@org.hibernate.annotations.Cache(usage = CacheConcurrencyStrategy.NONSTRICT_READ_WRITE)

二级缓存一共有以下5种策略：

CacheConcurrencyStrategy.NONE

不使用缓存，默认的缓存策略

CacheConcurrencyStrategy.READ_ONLY

只读模式，在此模式下，如果对数据进行更新操作，会有异常

CacheConcurrencyStrategy.READ_WRITE

读写模式在更新缓存的时候会把缓存里面的数据换成一个锁，其它事务如果去取相应的缓存数据，发现被锁了，直接就去数据库查询

CacheConcurrencyStrategy.NONSTRICT_READ_WRITE

不严格的读写模式则不会的缓存数据加锁

CacheConcurrencyStrategy.TRANSACTIONAL

事务模式指缓存支持事务，当事务回滚时，缓存也能回滚

指定cache region factory

然后，在src/main/resources/application.properties中为cache指定一个factory：

spring.jpa.properties. =org.hibernate.cache.ehcache.SingletonEhCacheRegionFactory

性能对比

第一次访问

第一次访问http://localhost:8111/blogs时，waiting也就是服务器响应的时间为2.82秒，耗时较多。

注意：这里消耗2.82秒的原因是：在Blog对象中添加了对成员creator添加了@ManyToOne的标注，因此，当通过JPA获取blog对象后，JPA还会请求一次SQL查询，去user表中获取user信息，将user填充进来，而为了效果更加明显，系统在添加测试数据时为每个blog都添加了不同的user，导致sql请求大大增加，处理时间也大大增加

多次访问未缓存页面

多次访问http://localhost:8111/blogs后，服务器响应时间大大减少，基本保持在700毫秒左右：

这是因为mysql实际上帮我们做了缓存的工作，因此，多次访问后，服务器响应时间会大大减少。如果大家有兴趣，可以自行搜索mysql缓存相关的内容。

多次访问已缓存页面

那么，在多次访问http://localhost:8111/blogs/dao后，访问时间基本保持在100多毫秒，比没有缓存的页面效率高了5倍左右，比第一次访问效率高了20倍以上。

服务层缓存实现

Spring缓存的相关标注

Spring 提供了一套标注来保住我们快速的实现缓存系统：

@Cacheable 触发添加缓存的方法
@CacheEvict 触发删除缓存的方法
@CachePut 在不干涉方法执行的情况下更新缓存
@Caching 组织多个缓存标注的标注
@CacheConfig 在class的层次共享缓存的设置

接下来我们来看缓存的具体实现。

添加ehcache设置

和数据层缓存一样，需要在内存中设置一块区域来存放service的缓存，在src/main/resources/ehcache.xml中添加如下配置：

Spring cache支持多种类型缓存(事务敏感缓存)
 spring 方法级缓存多种实现
 第16章 使用Squid部署代理缓存服务
 基于Spring Boot技术栈 博客系统企业级前后端实战 渐进式讲解+Thymeleaf+Elasticsearch+多种数据库
 Spring Cache的基本使用与分析
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基于Spring的Web缓存

缓存的分类

基于spring的缓存

基于spring的Web缓存

源程序简介

数据库准备

利用maven启动程序

直接运行 com.tmy.App.java

页面列表

涉及到的技术

配置EhCache

对EhCache的依赖

配置CacheManager

添加ehcache配置文件

添加cacheManager

数据层缓存实现

添加ehcache设置

Hibernate的一级缓存和二级缓存

打开二级缓存

指定cache region factory

性能对比

第一次访问

多次访问未缓存页面

多次访问已缓存页面

服务层缓存实现

Spring缓存的相关标注

添加ehcache设置

直接运行 `com.tmy.App.java`