Spring Cache 详细讲解

Spring Cache 是 Spring 框架提供的缓存抽象层，通过统一的 API 和注解简化缓存操作，支持多种缓存实现（如 Redis、EhCache、Caffeine 等）。其核心目标是减少重复计算，提升系统性能，同时保持代码简洁性。

1. 核心概念

(1) 缓存抽象接口

Spring Cache 定义了一套标准接口，与具体缓存实现解耦：

• Cache：代表一个缓存实例（如 Redis 的一个键空间）。

• CacheManager：管理多个 Cache 实例。

• KeyGenerator：生成缓存键的策略。

• CacheResolver：动态解析使用的缓存。

(2) 支持的缓存实现

• 本地缓存：Caffeine、EhCache、ConcurrentMapCache

• 分布式缓存：Redis、Memcached、Hazelcast

• 其他：JCache（JSR-107）、GemFire

2. 核心注解

(1) @Cacheable

• 用途：标记方法的返回值需要缓存。

• 触发条件：方法执行前检查缓存，若存在则直接返回结果，否则执行方法并缓存结果。

• 关键参数：

  • value/cacheNames：指定缓存名称（对应 CacheManager 中的缓存实例）。

  • key：自定义缓存键（支持 SpEL 表达式）。

  • condition：缓存条件（满足条件才缓存）。

  • unless：排除条件（满足条件不缓存）。

示例：

@Cacheable(value = "users", key = "#id", unless = "#result == null")
public User getUserById(Long id) {
    return userRepository.findById(id).orElse(null);
}

(2) @CachePut

• 用途：更新缓存，无论缓存是否存在，都会执行方法并缓存结果。

• 适用场景：数据更新后强制刷新缓存。

示例：

@CachePut(value = "users", key = "#user.id")
public User updateUser(User user) {
    return userRepository.save(user);
}

(3) @CacheEvict

• 用途：删除缓存条目。

• 关键参数：

  • allEntries：是否清空整个缓存（默认 false）。

  • beforeInvocation：是否在方法执行前清除缓存（默认 false，即方法执行后清除）。

示例：

@CacheEvict(value = "users", key = "#id")
public void deleteUser(Long id) {
    userRepository.deleteById(id);
}

(4) @Caching

• 用途：组合多个缓存操作。

• 示例：

@Caching(
    cacheable = @Cacheable(value = "users", key = "#username"),
    evict = @CacheEvict(value = "tokens", key = "#username")
)
public User getUserByUsername(String username) {
    // ...
}

(5) @CacheConfig

• 用途：在类级别统一配置缓存的公共属性（如 cacheNames、keyGenerator）。

• 示例：

@CacheConfig(cacheNames = "products")
public class ProductService {
    @Cacheable
    public Product getProduct(Long id) { ... }
}

3. 配置与集成

(1) 启用缓存

在 Spring Boot 主类或配置类上添加 @EnableCaching：

@SpringBootApplication
@EnableCaching
public class MyApp { ... }

(2) 选择缓存实现

以 Caffeine（高性能本地缓存）为例：

1. 添加依赖：

xml

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId>
    <artifactId>caffeine</artifactId>
</dependency>

运行 HTML

1. 配置缓存策略：

yaml

# application.yml
spring:
  cache:
    type: caffeine
    caffeine:
      spec: maximumSize=500, expireAfterWrite=10m

(3) 自定义 KeyGenerator

实现 KeyGenerator 接口：

public class CustomKeyGenerator implements KeyGenerator {
    @Override
    public Object generate(Object target, Method method, Object... params) {
        return method.getName() + "_" + Arrays.toString(params);
    }
}

注册到 Spring 容器：

@Configuration
public class CacheConfig {
    @Bean
    public KeyGenerator customKeyGenerator() {
        return new CustomKeyGenerator();
    }
}

使用自定义 KeyGenerator：

@Cacheable(value = "users", keyGenerator = "customKeyGenerator")
public User getUser(Long id) { ... }

4. 高级特性

(1) 条件缓存

通过 condition 和 unless 动态控制缓存行为：

@Cacheable(value = "users", key = "#id", 
           condition = "#id > 1000", 
           unless = "#result.age < 18")
public User getUser(Long id) { ... }

(2) 缓存同步

多线程环境下，使用 sync 参数同步缓存生成：

@Cacheable(value = "users", key = "#id", sync = true)
public User getUser(Long id) { ... }

(3) 多级缓存

结合本地缓存与分布式缓存（如 Caffeine + Redis）：

1. 本地缓存用于高频访问数据。

2. 分布式缓存用于数据共享和持久化。

5. 最佳实践

(1) 缓存粒度控制

• 细粒度缓存：缓存单个对象（如用户信息）。

• 粗粒度缓存：缓存集合或复杂查询结果（需注意数据一致性）。

(2) 缓存穿透/击穿/雪崩防护

• 穿透：缓存空值（unless = "#result == null"）。

• 击穿：加锁（sync = true）或使用分布式锁。

• 雪崩：设置随机过期时间。

(3) 数据一致性

• 写策略：使用 @CachePut 或 @CacheEvict 保证缓存与数据库同步。

• 事务支持：将缓存操作与事务绑定（需配置 TransactionAwareCacheManagerProxy）。

6. 调试与监控

(1) 日志输出

在 application.properties 中启用缓存日志：

properties

logging.level.org.springframework.cache=TRACE

(2) 监控指标

Spring Boot Actuator 提供缓存指标：

xml

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>

运行 HTML

访问 /actuator/caches 查看缓存信息。

总结

Spring Cache 通过注解和抽象层简化了缓存集成，开发者只需关注业务逻辑，无需深入底层实现细节。合理使用缓存可显著提升系统性能，但需注意数据一致性和缓存策略的设计。对于复杂场景，可结合多种缓存实现（如本地缓存 + Redis）实现多级缓存架构。