Spring Cache的基本使用与实现原理详解

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

@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

<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。

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。

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

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。

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。

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

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，谢谢大家对小牛知识库的支持。