Java 缓存简介

发布于 2022/10/25更新于 2026/09/18

本文目录

缓存（Cache）简介
为什么要使用缓存
缓存在各种Web形态项目中有广泛应用
Java后端开发中有哪些缓存
本地缓存
分布式缓存
主要概念
Spring缓存框架
概述
声明式缓存
编程式缓存
SpringBoot中使用缓存
概述
SpringBoot中使用Redis
使用方式
声明式使用
编程式使用

技术文章测试开发

位于速度相差较大的两种硬件之间，用于协调两者数据传输速度差异的结构，均可称之为缓存

缓存（Cache）简介

位于速度相差较大的两种硬件之间，用于协调两者数据传输速度差异的结构，均可称之为缓存
典型的如CPU与内存之间L1、L2、L3缓存，能让CPU更加聪明、更高效的执行任务
在软件项目中，相比于访问网络、磁盘、DB等介质或设备，内存具有更高的效率，所以很多的时候会利用内存作为缓存载体，以提高软件的性能

为什么要使用缓存

缓存在各种Web形态项目中有广泛应用

Java后端开发中有哪些缓存

本地缓存

成员变量或局部变量：像Map或List系统的，可以将数据库中的一些数据加载出来，在内存中做一些复杂的处理，不要每次都访问数据库，减少数据库的IO；但受JVM的堆大小和GC影响
全局变量或静态变量：能实现跨类或整个系统常用数据的缓存，比如一些基础的字典数据，如城市列表等，能快速访问；同样受JVM的堆大小和GC影响
ConcurrentHashMap：使用Spring缓存框架的默认缓存机制，简单、易用
EhCache：纯Java开源缓存框架，配置简单、结构清晰、功能强大，是一个非常轻量级的缓存实现

分布式缓存

Memcached：应用较广的开源分布式缓存产品之一，它本身其实不提供分布式解决方案，是通过客户端Hash算法取相应的服务器节点ID形式实现分布式；采用将内存分Page和Chunk形式分配缓存空间
Redis：是一个远程内存数据库(非关系型数据库)，具有高性能、丰富数据类型、操作原子性、可持久化等特点
...

主要概念

命中率：从缓存中读取的次数/总的读取次数，命中率越高，表示缓存设计的越好；所以缓存尽量针对更更新频率低读取频率高的数据，缓存数据颗粒度尽量小
缓存更新策略：由于缓存都是放在内存中，而内存相比如硬盘等介质，其容量有限，所以必须定期的清理未过期的数据；常用的缓存更新策略有：
- FIFO（First In First Out）：先进先出，最简单的缓存更新策略
- LFU（Least Frequently Used）：最近最少使用算法，一定时间段内使用次数（频率）最少的那个被移除，借助计数器实现
- LRU（Least Recently Used）：最久未使用算法，使用时间距离现在最久的那个被移除，借助计数器和队列实现，Redis采用类似算法
常用指标：标记缓存数据项过期的度量指标
- TTL（Time To Live ）：存活期，即从缓存中创建时间点开始直到它到期的一个时间段（不管在这个时间段内有没有访问都将过期）
- TTI（Time To Idle）：空闲期，即一个缓存数据项多久没被访问将从缓存中移除的时间
最大缓存容量：一般的情况下越大越好，但需要配合更好的算法来实现

Spring缓存框架

概述

Spring主要使用CacheManager和Cache来统一不同的缓存技术，CacheManager提供各种缓存技术的抽象，Cache接口则包含了对缓存的操作抽象
同时，针对不同的缓存技术，还提供了对CacheManager实现，如ConcurrentMapCacheManager、EhCacheCacheManager、ReidsCacheManager等
是针对所有缓存产品的一种通用处理机制
一般分为声明式缓存和编程式缓存

声明式缓存

Spring提供了一些注解来声明缓存规则
@EnableCaching：声明式缓存启用标识，标识在启动类或配置类上，让声明式缓存生效
@CacheConfig：缓存配置，标识类，标识类中缓存的一些配置，如缓存名称
@Cacheable：新增缓存，标识方法；如果指定缓存key存在缓存，直接取缓存；如果不存在，执行方法，并将返回数据使用指定缓存key存入缓存
@CachePut：更新缓存，标识方法；执行方法，并将方法返回内容更新指定缓存key对应缓存
@CacheEvict：删除缓存，标识方法；执行方法，并将指定缓存名称或key的缓存删除
@Caching：组合使用缓存，标识方法；可组合@Cacheable、@CachePut、@CacheEvict实施在一个方法上

编程式缓存

主要通过CacheManager、Cache两上接口及相应实现类来实现对缓存的操作
与声明式缓存类似，需要定义缓存名称（类似于分组）、Key来实现缓存
相比声明式缓存，更加灵活

SpringBoot中使用缓存

概述

在Spring Boot中，可以使用Spring缓存框架，集成丰富的第三方缓存技术，使用非常简单
一般会通过在application.properties中spring.cache.type配置相应的缓存类型，并附加配置一些相应配置完成缓存的使用
常用缓存类型：
- simple：内存缓存，使用ConcurrentMapCacheManager管理缓存，缓存数据存储于JVM中的ConcurrentHashMap；一般不可设置过期时间，需要手动删除或依赖于GC回收
- ehcache：EhCache缓存，使用EhCacheCacheManager管理缓存，缓存数据也存储于JVM，但可落地于磁盘；通过xml可配置过期时间等
- redis：Redis缓存，使用RedisCacheManager管理缓存，缓存数据存储于Redis缓存服务器一般结合缓存名称(类似于分组)、缓存Key来确定一个缓存

SpringBoot中使用Redis

使用方式

在pom.xml中添加spring-boot-starter-cache、spring-boot-starter-data-redis依赖，以及commons-pool2依赖，这个是Lettuce依赖
在启动类添加@EnableCaching注解
在application.properties中添加配置:spring.cache.type=redis，并添加redis相关的配置，包括连接的服务器ip、端口、过期时间等，具体见示例
在程序中使用声明式缓存、编程式缓存方式进行操作

声明式使用

使用方式如下代码片断：

package com.lemon.demo.springboot5redis.service;

import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.IService;
import com.lemon.demo.springboot5redis.dto.common.ResponseData;
import com.lemon.demo.springboot5redis.dto.input.grade.GradeCreateInputDto;
import com.lemon.demo.springboot5redis.dto.input.grade.GradeInputDto;
import com.lemon.demo.springboot5redis.dto.output.grade.GradeOutputDto;
import com.lemon.demo.springboot5redis.entity.GradeEntity;
import org.springframework.cache.annotation.CacheConfig;
import org.springframework.cache.annotation.CacheEvict;
import org.springframework.cache.annotation.CachePut;
import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;

import java.util.List;

/**
 * 等级服务
 * 【缓存】4、使用缓存，声明式使用
 */
//【缓存】配置缓存名称
@CacheConfig(cacheNames = "grade")
public interface GradeService extends IService<GradeEntity> {
    /**
     * 分页查询
     * @param pageIndex
     * @param pageSize
     * @param name
     * @return
     */
    ResponseData<List<GradeOutputDto>> query(Long pageIndex, Long pageSize, String name);

    /**
     * 查询所有
     * @return
     */
    ResponseData<List<GradeOutputDto>> queryAll();

    /**
     * 根据Id获取
     * @param id
     * @return
     */
    //【缓存】添加缓存，使用第1个参数做为缓存的key，这里使用了简单的SpEL(Spring Expression Language)表达式
    // unless表示除非...某个条件才不缓存，在这里，只有返回数据不为null才缓存
    //#result表示取返回值
    @Cacheable(key = "#p0" , unless = "#result.data==null")
//    @Cacheable(key = "#id")  //相同效果
    ResponseData<GradeOutputDto> getById(Integer id);

    /**
     * 创建
     * @param inputDto
     * @return
     */
    ResponseData create(GradeCreateInputDto inputDto);

    /**
     * 更新
     * @param inputDto
     * @return
     */
    //【缓存】删除缓存，使用第1个参数的id做为要删除缓存的key
    @CacheEvict(key = "#p0.id")
    ResponseData update(GradeInputDto inputDto);

    /**
     * 删除
     * @param id
     */
    //【缓存】删除缓存，使用第1个参数做为要删除缓存的key
    @CacheEvict(key = "#p0")
    ResponseData<Boolean> delete(Integer id);
}

编程式使用

使用方式如下面代码片断：

public ResponseData<List<GradeOutputDto>> queryAll() {
        ResponseData<List<GradeOutputDto>> responseData = new ResponseData<>();
        try {
            //返回DTO引用
            List<GradeOutputDto> gradeOutputDtos = null;
            //【缓存】根据缓存Key获取缓存，如果存在，从缓存中获取数据
            if(redisTemplate.hasKey(CACHE_KEY_FOR_ALL_GRADE) == true){
                //根据Key获取缓存信息
                gradeOutputDtos = (List <GradeOutputDto>)redisTemplate.opsForList().range(CACHE_KEY_FOR_ALL_GRADE,0,redisTemplate.opsForList().size(CACHE_KEY_FOR_ALL_GRADE));
            }
            //如果不存在，则从数据库中获取
            if(gradeOutputDtos == null) {
                //查询
                List<GradeEntity> gradeEntities = this.list();
                //Entity转Dto
                gradeOutputDtos = gradeEntities.stream().map(s->modelMapper.map(s,GradeOutputDto.class)).collect(Collectors.toList());

                //【缓存】从数据库获取后，将数据缓存到Redis
                redisTemplate.opsForList().leftPushAll(CACHE_KEY_FOR_ALL_GRADE,gradeOutputDtos);
                //【缓存】设置过期时间，使用动态过期时间
                redisTemplate.expire(CACHE_KEY_FOR_ALL_GRADE,redisTemplateUtil.getExpire(CACHE_NAME));
            }

            responseData = ResponseData.success(gradeOutputDtos);
        } catch (Exception ex) {
            responseData = ResponseData.failure(ex.getMessage());
            ex.printStackTrace();
        }

        return responseData;
    }

来源：testingpai

缓存（Cache）简介

为什么要使用缓存

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使用方式

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