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系统环境:
Redis 版本:5.0.7 SpringBoot 版本:2.2.2.RELEASE
参考地址:
Redus 官方网址:https://redis.io/ 博文示例项目 Github 地址:https://github.com/my-dlq/blog-example/tree/master/springboot/springboot-redis-cache-example
一、缓存概念知识
1、是什么缓存
我们日常生活中,经常会接触听到缓存这个词,例如,浏览器清空缓存,处理器缓存大小,磁盘缓存等等。经过分类,可以将缓存分为:
硬件缓存: 一般指的是机器上的 CPU、硬盘等等组件的缓存区间,一般是利用的内存作为一块中转区域,都通过内存交互信息,减少系统负载,提供传输效率。
客户端缓存: 一般指的是某些应用,例如浏览器、手机App、视频缓冲等等,都是在加载一次数据后将数据临时存储到本地,当再次访问时候先检查本地缓存中是否存在,存在就不必去远程重新拉取,而是直接读取缓存数据,这样来减少远端服务器压力和加快载入速度。
服务端缓存: 一般指远端服务器上,考虑到客户端请求量多,某些数据请求量大,这些热点数据经常要到数据库中读取数据,给数据库造成压力,还有就是 IO、网络等原因有一定延迟,响应客户端较慢。所以,在一些不考虑实时性的数据中,经常将这些数据存在内存中(内存速度非常快),当请求时候,能够直接读取内存中的数据及时响应。
2、为什么使用缓存
用缓存,主要有解决 高性能 与 高并发 与 减少数据库压力。缓存本质就是将数据存储在内存中,当数据没有发生本质变化的时候,我们应尽量避免直接连接数据库进行查询,因为并发高时很可能会将数据库压塌,而是应去缓存中读取数据,只有缓存中未查找到时再去数据库中查询,这样就大大降低了数据库的读写次数,增加系统的性能和能提供的并发量。
3、缓存的优缺点
优点:
减少了对数据库的读操作,数据库的压力降低。
缺点:
缓存中的数据可能与数据库中数据不一致。
二、Redis 概念知识
1、什么是 Redis
Redis 是一个高性能的 Key-Value 数据库,它是完全开源免费的,而且 Redis 是一个 NoSQL 类型数据库,是为了解决 高并发、高扩展,大数据存储 等一系列的问题而产生的数据库解决方案,是一个非关系型的数据库。但是,它也是不能替代关系型数据库,只能作为特定环境下的扩充。
2、为什么使用 Redis 作为缓存
支持高可用: Redis 支持 masterslave 主从机制、sentinal 哨兵模式、cluster 集群模式,这样大大保证了 Redis 运行的稳定和高可用行。
支持多种数据结构: Redis 不仅仅支持简单的 Key/Value 类型的数据,同时还提供 list、set、zset、hash 等数据结构的存储。
支持数据持久化: 可以将内存中的数据持久化在磁盘中,当宕机或者故障重启时,可以再次加载进如 Redis,从而不会或减少数据的丢失。
有很多工具与插件对其支持: Redis 已经在业界广泛使用,已经是成为缓存的首选目标,所以很多语言和工具对其支持,我们只需要简单的操作就可以轻松使用。
3、Redis 支持的数据类型
Redis 支持的数据结构类型包括:
哈希表(hash)
集合(set)
为了保证读取的效率,Redis 把数据对象都存储在内存当中,它可以支持周期性的把更新的数据写入磁盘文件中。而且它还提供了交集和并集,以及一些不同方式排序的操作。
三、缓存后可能遇见的问题
1、缓存穿透
缓存穿透: 指查询一个一定不存在的数据,由于缓存是不命中时需要从数据库查询,查不到数据则不写入缓存,这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询,造成缓存穿透。
缓存穿透几种解决办法:
使用布隆过滤器,布隆过滤器能判断一个 key 一定不存在(不保证一定存在,因为布隆过滤器结构原因,不能删除,但是旧值可能被新值替换,而将旧值删除后它可能依旧判断其可能存在),在缓存的基础上,构建布隆过滤器数据结构,在布隆过滤器中存储对应的 key,如果存在,则说明 key 对应的值为空。
2、缓存击穿
缓存击穿: 某个 key 非常热点,访问非常频繁,处于集中式高并发访问的情况,当这个 key 在失效的瞬间,大量的请求就击穿了缓存,直接请求数据库,就像是在一道屏障上凿开了一个洞。
缓存击穿几种解决办法:
使用互斥锁,在执行过程中,如果缓存过期,那么先获取分布式锁,在执行从数据库中加载数据,如果找到数据就存入缓存,没有就继续该有的动作,在这个过程中能保证只有一个线程操作数据库,避免了对数据库的大量请求。
3、缓存雪崩
缓存雪崩: 当缓存服务器重启、或者大量缓存集中在某一个时间段失效,这样在失效的时候,也会给后端系统(比如DB)带来很大压力,造成数据库后端故障,从而引起应用服务器雪崩。
缓存雪崩几种解决办法:
请求限流与服务熔断降级机制,限制服务请求次数,当服务不可用时快速熔断降级。
定时更新缓存策略,对于实时性要求不高的数据,定时进行更新。
4、缓存一致性
使用缓存很大可能导致数据不一致问题,如下:
更新缓存成功 - 更新数据库失败 - 数据不一致
淘汰缓存成功 - 更新数据库失败 - 查询缓存mis
所以使用缓存时候,应该结合实际情况,考虑缓存的数据是否有一致性需求。
四、SpringBoot 如何结合 Redis 实现缓存
1、Mavne 引入相关依赖
commons-pool2:
dependency
groupIdorg.springframework.boot/groupId
artifactIdspring-boot-starter-data-redis/artifactId
/dependency
dependency
groupIdorg.springframework.boot/groupId
artifactIdspring-boot-starter-cache/artifactId
/dependency
dependency
groupIdorg.apache.commons/groupId
artifactIdcommons-pool2/artifactId
/dependency
2、配置 Redis 参数
application 文件中添加连接 Redis 的配置参数
Redis 单机配置:
spring:
redis:
host: 127.0.0.1 #Redis 地址
port: 6379 #Redis 端口号
database: 0 #Redis 索引(0~15,默认为0)
timeout: 1000 #Redis 连接的超时时间
password: 123456 #Redis 密码,如果没有就默认不配置此参数
lettuce: #使用 lettuce 连接池
pool:
max-active: 20 #连接池最大连接数(使用负值表示没有限制)
max-wait: -1 #连接池最大阻塞等待时间(使用负值表示没有限制)
min-idle: 0 #连接池中的最大空闲连接
max-idle: 10 #连接池中的最小空闲连接
Redis 哨兵配置:
spring:
redis:
sentinel: #哨兵配置
master: "my-master"
nodes: "192.168.2.11:6379,192.168.2.12:6379,192.168.2.13:6379"
database: 0 #Redis 索引(0~15,默认为0)
timeout: 1000 #Redis 连接的超时时间
password: 123456 #Redis 密码,如果没有就默认不配置此参数
lettuce: #使用 lettuce 连接池
pool:
max-active: 20 #连接池最大连接数(使用负值表示没有限制)
max-wait: -1 #连接池最大阻塞等待时间(使用负值表示没有限制)
min-idle: 0 #连接池中的最大空闲连接
max-idle: 10 #连接池中的最小空闲连接
Redis 集群配置:
spring:
redis:
cluster: #redis 集群配置
max-redirects: 5 #redis命令执行时最多转发次数
nodes: "192.168.2.11:6379,192.168.2.12:6379,192.168.2.13:6379"
database: 0 #Redis 索引(0~15,默认为0)
timeout: 1000 #Redis 连接的超时时间
password: 123456 #Redis 密码,如果没有就默认不配置此参数
lettuce: #使用 lettuce 连接池
pool:
max-active: 20 #连接池最大连接数(使用负值表示没有限制)
max-wait: -1 #连接池最大阻塞等待时间(使用负值表示没有限制)
min-idle: 0 #连接池中的最大空闲连接
max-idle: 10 #连接池中的最小空闲连接
3、配置 Spring 缓存管理器
@Configuration
public class RedisConfig {
/**
* 配置缓存管理器
* @param factory Redis 线程安全连接工厂
* @return 缓存管理器
*/
@Bean
public CacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory factory) {
// 生成两套默认配置,通过 Config 对象即可对缓存进行自定义配置
RedisCacheConfiguration cacheConfig = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig()
// 设置过期时间 10 分钟
.entryTtl(Duration.ofMinutes(10))
// 设置缓存前缀
.prefixKeysWith("cache:user:")
// 禁止缓存 null 值
.disableCachingNullValues()
// 设置 key 序列化
.serializeKeysWith(keyPair())
// 设置 value 序列化
.serializeValuesWith(valuePair());
// 返回 Redis 缓存管理器
return RedisCacheManager.builder(factory)
.withCacheConfiguration("user", cacheConfig).build();
}
/**
* 配置键序列化
* @return StringRedisSerializer
*/
private RedisSerializationContext.SerializationPairString keyPair() {
return RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(new StringRedisSerializer());
}
/**
* 配置值序列化,使用 GenericJackson2JsonRedisSerializer 替换默认序列化
* @return GenericJackson2JsonRedisSerializer
*/
private RedisSerializationContext.SerializationPairObject valuePair() {
return RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
}
}
4、服务中使用 SpringCache 的注解
@Service
@CacheConfig(cacheNames = "user")
public class UserServiceImpl implements UserService {
/**
* 新增用户
*/
public User addUser(User user) {
......
}
/**
* 查询用户
*/
@Cacheable(key = "#username")
public User getUserByUsername(String username) {
......
}
/**
* 更新用户
*/
@CachePut(key = "#user.username")
public User updateUser(User user) {
......
}
/**
* 删除用户
*/
@CacheEvict(key = "#username")
public void deleteByUsername(String username) {
......
}
}
注解说明:
@Cacheable:作用于方法上,用于对于方法返回结果进行缓存,如果已经存在该缓存,则直接从缓存中获取,缓存的key可以从入参中指定,缓存的 value 为方法返回值。
@CacheEvict:作用于方法上,用于清除缓存
上面注解中的常用配置参数:
key:缓存的 key,可以为空,如果指定要按照 SpEL 表达式编写,如果不指定,则缺省按照方法的所有参数进行组合。
unless:不缓存的条件,和 condition 一样,也是 SpEL 编写,返回 true 或者 false,为 true 时则不进行缓存。
5、启动类添加开启缓存注解
@EnableCaching
@SpringBootApplication
public class Application {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(Application.class, args);
}
}
@EnableCaching:作用于类上,用于开启注解功能。
五、SpringCache 操作缓存的不足
使用 Spring Cache 虽然方便,但是也有很多局限性,因为它多是根据请求参数命名 key,根据返回指设置 value,这样很多情况下,我们想方法内部进行命名和操作有一定的限制。如果我们需要灵活设置缓存,可以不用 SpringCache 提供的注解,直接在代码中使用 Spring-data-redis 包提供的方法,手动操作 key 与 value。
opsForValue().get(String key);
@Autowired
private RedisTemplateString, Object redisTemplate;
public void redisBatch(){
// 设置值
redisTemplate.opsForValue().set("key", "value");
// 获取值
redisTemplate.opsForValue().get("key");
}
还有经常要批量设置、读取缓存,可以使用:
opsForValue().multiGet(List list);
@Autowired
private RedisTemplateString, Object redisTemplate;
public void redisBatch(){
// 批量设置值
MapString,Object map = new HashMap();
map.put("test1","value1");
map.put("test2","value2");
map.put("test3","value3");
redisTemplate.opsForValue().multiSet(map);
// 批量获取值,如果某个 key 不存在,则返回值集合中对于的为 null
ListString list = new ArrayList();
list.add("test1");
list.add("test2");
list.add("test3");
ListObject valueList = redisTemplate.opsForValue().multiGet(list);
}
六、SpringBoot + SpringCache + Redis 示例项目
下面是一个简单的 SpringBoot 项目,用于对用户的增删改查,这里使用 SpringCache 来模拟对数据进行缓存,示例如下:
1、Mavne 引入相关依赖
Maven 中引入 SpringBoot 和 Redis 依赖,因为使用了
?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?
project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"
modelVersion4.0.0/modelVersion
parent
groupIdorg.springframework.boot/groupId
artifactIdspring-boot-starter-parent/artifactId
version2.2.2.RELEASE/version
/parent
groupIdmydlq.club/groupId
artifactIdspringboot-redis-example/artifactId
version0.0.1/version
namespringboot-redis-example/name
descriptionDemo project for Spring Boot Redis/description
properties
java.version1.8/java.version
/properties
dependencies
dependency
groupIdorg.springframework.boot/groupId
artifactIdspring-boot-starter-web/artifactId
/dependency
dependency
groupIdorg.springframework.boot/groupId
artifactIdspring-boot-starter-data-redis/artifactId
/dependency
dependency
groupIdorg.apache.commons/groupId
artifactIdcommons-pool2/artifactId
/dependency
dependency
groupIdorg.projectlombok/groupId
artifactIdlombok/artifactId
/dependency
/dependencies
build
plugins
plugin
groupIdorg.springframework.boot/groupId
artifactIdspring-boot-maven-plugin/artifactId
/plugin
/plugins
/build
/project
2、配置连接 Redis 参数
spring:
redis:
host: 127.0.0.1
port: 6379
database: 0
timeout: 1000
password:
lettuce:
pool:
max-active: 20
max-wait: -1
min-idle: 0
max-idle: 10
3、配置 Spring 缓存管理器
缓存配置类,里面配置缓存管理器,配置缓存的全局过期时间、序列化等参数。
import org.springframework.cache.CacheManager;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheConfiguration;
import org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheManager;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.serializer.*;
import java.time.Duration;
/**
* Redis 配置类
*/
@Configuration
public class RedisConfig {
/**
* 配置缓存管理器
* @param factory Redis 线程安全连接工厂
* @return 缓存管理器
*/
@Bean
public CacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory factory) {
// 生成两套默认配置,通过 Config 对象即可对缓存进行自定义配置
RedisCacheConfiguration cacheConfig1 = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig()
// 设置过期时间 10 分钟
.entryTtl(Duration.ofMinutes(10))
// 设置缓存前缀
.prefixKeysWith("cache:user:")
// 禁止缓存 null 值
.disableCachingNullValues()
// 设置 key 序列化
.serializeKeysWith(keyPair())
// 设置 value 序列化
.serializeValuesWith(valuePair());
RedisCacheConfiguration cacheConfig2 = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig()
// 设置过期时间 30 秒
.entryTtl(Duration.ofSeconds(30))
.prefixKeysWith("cache:user_info:")
.disableCachingNullValues()
.serializeKeysWith(keyPair())
.serializeValuesWith(valuePair());
// 返回 Redis 缓存管理器
return RedisCacheManager.builder(factory)
.withCacheConfiguration("user", cacheConfig1)
.withCacheConfiguration("userInfo", cacheConfig2)
.build();
}
/**
* 配置键序列化
* @return StringRedisSerializer
*/
private RedisSerializationContext.SerializationPairString keyPair() {
return RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(new StringRedisSerializer());
}
/**
* 配置值序列化,使用 GenericJackson2JsonRedisSerializer 替换默认序列化
* @return GenericJackson2JsonRedisSerializer
*/
private RedisSerializationContext.SerializationPairObject valuePair() {
return RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
}
}
4、定义实体类
用户实体类 User
import com.fasterxml.jackson.annotation.JsonProperty;
import lombok.Data;
/**
* 用户实体
*/
@Data
public class User {
private String username;
@JsonProperty(access = JsonProperty.Access.WRITE_ONLY)
private String password;
private String role;
}
用户信息实体类 UserInfo
import lombok.Data;
/**
* 用户信息实体
*/
@Data
public class UserInfo {
private String name;
private String sex;
private Integer age;
}
5、定义服务接口
UserService
import mydlq.club.example.entity.User;
/**
* 用户业务接口
*/
public interface UserService {
/**
* 增加账户
*
* @param user 账户
*/
void addUser(User user);
/**
* 获取账户
*
* @param username 用户名
* @return 用户信息
*/
User getUserByUsername(String username);
/**
* 修改账户
*
* @param user 用户信息
* @return 用户信息
*/
User updateUser(User user);
/**
* 删除账户
* @param username 用户名
*/
void deleteByUsername(String username);
}
UserInfoService
import mydlq.club.example.entity.UserInfo;
/**
* 用户信息业务接口
*/
public interface UserInfoService {
/**
* 增加用户信息
*
* @param userInfo 用户信息
*/
void addUserInfo(UserInfo userInfo);
/**
* 获取用户信息
*
* @param name 姓名
* @return 用户信息
*/
UserInfo getByName(String name);
/**
* 修改用户信息
*
* @param userInfo 用户信息
* @return 用户信息
*/
UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo);
/**
* 删除用户信息
* @param name 姓名
*/
void deleteByName(String name);
}
6、实现服务类
实现 UserService 与 UserInfoService 接口中的方法,里面使用 @Cacheable、@CachePut、@CacheEvict 三个注解完成对用户与用户信息数据的缓存。
UserServiceImpl(用户业务实现类)
注意,为了演示方便,没有连接数据库,临时创建了个成员变量 userMap 来模拟数据库存储。
import mydlq.club.example.entity.User;
import mydlq.club.example.service.UserService;
import org.springframework.beans.BeanUtils;
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 org.springframework.stereotype.Service;
import java.util.HashMap;
@Service
@CacheConfig(cacheNames = "user")
public class UserServiceImpl implements UserService {
private HashMapString, User userMap = new HashMap();
@Override
public void addUser(User user) {
userMap.put(user.getUsername(), user);
}
@Override
@Cacheable(key = "#username",unless = "#result==null ")
public User getUserByUsername(String username) {
if (!userMap.containsKey(username)) {
return null;
}
return userMap.get(username);
}
@Override
@CachePut(key = "#user.username")
public User updateUser(User user) {
if (!userMap.containsKey(user.getUsername())){
throw new RuntimeException("不存在该用户");
}
// 获取存储的对象
User newUser = userMap.get(user.getUsername());
// 复制要更新的数据到新对象,因为不能更改用户名信息,所以忽略
BeanUtils.copyProperties(user, newUser, "username");
// 将新的对象存储,更新旧对象信息
userMap.put(newUser.getUsername(), newUser);
// 返回新对象信息
return newUser;
}
@Override
@CacheEvict(key = "#username")
public void deleteByUsername(String username) {
userMap.remove(username);
}
}
UserInfoServiceImpl(用户信息业务实现)
注意,为了演示方便,没有连接数据库,临时创建了个成员变量 userInfoMap 来模拟数据库存储。
import mydlq.club.example.entity.UserInfo;
import mydlq.club.example.service.UserInfoService;
import org.springframework.beans.BeanUtils;
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 org.springframework.stereotype.Service;
import java.util.HashMap;
@Service
@CacheConfig(cacheNames = "userInfo")
public class UserInfoServiceImpl implements UserInfoService {
private HashMapString, UserInfo userInfoMap = new HashMap();
@Override
public void addUserInfo(UserInfo userInfo) {
userInfoMap.put(userInfo.getName(), userInfo);
}
@Override
@Cacheable(key = "#name", unless = "#result==null")
public UserInfo getByName(String name) {
if (!userInfoMap.containsKey(name)) {
return null;
}
return userInfoMap.get(name);
}
@Override
@CachePut(key = "#userInfo.name")
public UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo) {
if (!userInfoMap.containsKey(userInfo.getName())) {
throw new RuntimeException("该用户信息没有找到");
}
// 获取存储的对象
UserInfo newUserInfo = userInfoMap.get(userInfo.getName());
// 复制要更新的数据到新对象,因为不能更改用户名信息,所以忽略
BeanUtils.copyProperties(userInfo, newUserInfo, "name");
// 将新的对象存储,更新旧对象信息
userInfoMap.put(newUserInfo.getName(), newUserInfo);
// 返回新对象信息
return newUserInfo;
}
@Override
@CacheEvict(key = "#name")
public void deleteByName(String name) {
userInfoMap.remove(name);
}
}
7、创建 Controller
UserController
import mydlq.club.example.entity.User;
import mydlq.club.example.service.UserService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;
/**
* 用户 Controller
*/
@RestController
public class UserController {
@Autowired
private UserService userService;
@GetMapping("/user/{username}")
public User getUser(@PathVariable String username) {
return userService.getUserByUsername(username);
}
@PostMapping("/user")
public String createUser(@RequestBody User user) {
userService.addUser(user);
return "SUCCESS";
}
@PutMapping("/user")
public User updateUser(@RequestBody User user) {
return userService.updateUser(user);
}
@DeleteMapping("/user/{username}")
public String deleteUser(@PathVariable String username) {
userService.deleteByUsername(username);
return "SUCCESS";
}
}
UserInfoController
import mydlq.club.example.entity.UserInfo;
import mydlq.club.example.service.UserInfoService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;
/**
* 用户信息 Controller
*/
@RestController
public class UserInfoController {
@Autowired
private UserInfoService userInfoService;
@GetMapping("/userInfo/{name}")
public UserInfo getUserInfo(@PathVariable String name) {
return userInfoService.getByName(name);
}
@PostMapping("/userInfo")
public String createUserInfo(@RequestBody UserInfo userInfo) {
userInfoService.addUserInfo(userInfo);
return "SUCCESS";
}
@PutMapping("/userInfo")
public UserInfo updateUserInfo(@RequestBody UserInfo userInfo) {
return userInfoService.updateUserInfo(userInfo);
}
@DeleteMapping("/userInfo/{name}")
public String deleteUserInfo(@PathVariable String name) {
userInfoService.deleteByName(name);
return "SUCCESS";
}
}
8、启动类
启动类中添加 @EnableCaching 注解开启缓存。
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
@EnableCaching
@SpringBootApplication
public class Application {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(Application.class, args);
}
}
END
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