系統環境：
- Redis 版本：5.0.7
- SpringBoot 版本：2.2.2.RELEASE
參考地址：
- Redus 官方網址：https://redis.io/
- 博文示例項目 Github 地址：https://github.com/my-dlq/blog-example/tree/master/springboot/springboot-redis-cache-example
一、緩存概念知識
1、是什么緩存
我們日常生活中，經常會接觸聽到緩存這個詞，例如，瀏覽器清空緩存，處理器緩存大小，磁盤緩存等等。經過分類，可以將緩存分為：
- 硬件緩存： 一般指的是機器上的 CPU、硬盤等等組件的緩存區間，一般是利用的內存作為一塊中轉區域，都通過內存交互信息，減少系統負載，提供傳輸效率。
- 客戶端緩存： 一般指的是某些應用，例如瀏覽器、手機App、視頻緩沖等等，都是在加載一次數據后將數據臨時存儲到本地，當再次訪問時候先檢查本地緩存中是否存在，存在就不必去遠程重新拉取，而是直接讀取緩存數據，這樣來減少遠端服務器壓力和加快載入速度。
- 服務端緩存： 一般指遠端服務器上，考慮到客戶端請求量多，某些數據請求量大，這些熱點數據經常要到數據庫中讀取數據，給數據庫造成壓力，還有就是 IO、網絡等原因有一定延遲，響應客戶端較慢。所以，在一些不考慮實時性的數據中，經常將這些數據存在內存中（內存速度非常快），當請求時候，能夠直接讀取內存中的數據及時響應。
2、為什么使用緩存
用緩存，主要有解決 高性能 與 高並發 與 減少數據庫壓力。緩存本質就是將數據存儲在內存中，當數據沒有發生本質變化的時候，我們應盡量避免直接連接數據庫進行查詢，因為並發高時很可能會將數據庫壓塌，而是應去緩存中讀取數據，只有緩存中未查找到時再去數據庫中查詢，這樣就大大降低了數據庫的讀寫次數，增加系統的性能和能提供的並發量。
3、緩存的優缺點
優點：
- 加快了響應速度
- 減少了對數據庫的讀操作，數據庫的壓力降低。
缺點：
- 內存容量相對硬盤小。
- 緩存中的數據可能與數據庫中數據不一致。
- 因為內存斷電就清空數據，存放到內存中的數據可能丟失。
二、Redis 概念知識
1、什么是 Redis
Redis 是一個高性能的 Key-Value 數據庫，它是完全開源免費的，而且 Redis 是一個 NoSQL 類型數據庫，是為了解決 高並發、高擴展，大數據存儲 等一系列的問題而產生的數據庫解決方案，是一個非關系型的數據庫。但是，它也是不能替代關系型數據庫，只能作為特定環境下的擴充。
2、為什么使用 Redis 作為緩存
- 支持高可用： Redis 支持 master\slave 主\從機制、sentinal 哨兵模式、cluster 集群模式，這樣大大保證了 Redis 運行的穩定和高可用行。
- 支持多種數據結構： Redis 不僅僅支持簡單的 Key/Value 類型的數據，同時還提供 list、set、zset、hash 等數據結構的存儲。
- 支持數據持久化： 可以將內存中的數據持久化在磁盤中，當宕機或者故障重啟時，可以再次加載進如 Redis，從而不會或減少數據的丟失。
- 有很多工具與插件對其支持： Redis 已經在業界廣泛使用，已經是成為緩存的首選目標，所以很多語言和工具對其支持，我們只需要簡單的操作就可以輕松使用。
3、Redis 支持的數據類型
Redis 支持的數據結構類型包括：
- 字符串（string）
- 哈希表（hash）
- 列表（list）
- 集合（set）
- 有序集合（zset）
為了保證讀取的效率，Redis 把數據對象都存儲在內存當中，它可以支持周期性的把更新的數據寫入磁盤文件中。而且它還提供了交集和並集，以及一些不同方式排序的操作。
三、緩存后可能遇見的問題
1、緩存穿透
緩存穿透： 指查詢一個一定不存在的數據，由於緩存是不命中時需要從數據庫查詢，查不到數據則不寫入緩存，這將導致這個不存在的數據每次請求都要到數據庫去查詢，造成緩存穿透。
緩存穿透幾種解決辦法：
- 緩存空值，在從 DB 查詢對象為空時，也要將空值存入緩存，具體的值需要使用特殊的標識， 能和真正緩存的數據區分開，另外將其過期時間設為較短時間。
- 使用布隆過濾器，布隆過濾器能判斷一個 key 一定不存在（不保證一定存在，因為布隆過濾器結構原因，不能刪除，但是舊值可能被新值替換，而將舊值刪除后它可能依舊判斷其可能存在），在緩存的基礎上，構建布隆過濾器數據結構，在布隆過濾器中存儲對應的 key，如果存在，則說明 key 對應的值為空。
2、緩存擊穿
緩存擊穿： 某個 key 非常熱點，訪問非常頻繁，處於集中式高並發訪問的情況，當這個 key 在失效的瞬間，大量的請求就擊穿了緩存，直接請求數據庫，就像是在一道屏障上鑿開了一個洞。
緩存擊穿幾種解決辦法：
- 設置二級緩存，或者設置熱點緩存永不過期，需要根據實際情況進行配置。
- 使用互斥鎖，在執行過程中，如果緩存過期，那么先獲取分布式鎖，在執行從數據庫中加載數據，如果找到數據就存入緩存，沒有就繼續該有的動作，在這個過程中能保證只有一個線程操作數據庫，避免了對數據庫的大量請求。
3、緩存雪崩
緩存雪崩： 當緩存服務器重啟、或者大量緩存集中在某一個時間段失效，這樣在失效的時候，也會給后端系統(比如DB)帶來很大壓力，造成數據庫后端故障，從而引起應用服務器雪崩。
緩存雪崩幾種解決辦法：
- 緩存組件設計高可用，緩存高可用是指，存儲緩存的組件的高可用，能夠防止單點故障、機器故障、機房宕機等一系列問題。例如 Redis sentinel 和 Redis Cluster，都實現了高可用。
- 請求限流與服務熔斷降級機制，限制服務請求次數，當服務不可用時快速熔斷降級。
- 設置緩存過期時間一定的隨機分布，避免集中在同一時間緩存失效。
- 定時更新緩存策略，對於實時性要求不高的數據，定時進行更新。
4、緩存一致性
使用緩存很大可能導致數據不一致問題，如下：
- 更熟數據庫成功 -> 更新緩存失敗 -> 數據不一致
- 更新緩存成功 -> 更新數據庫失敗 -> 數據不一致
- 更新數據庫成功 -> 淘汰緩存失敗 -> 數據不一致
- 淘汰緩存成功 -> 更新數據庫失敗 -> 查詢緩存mis
所以使用緩存時候，應該結合實際情況，考慮緩存的數據是否有一致性需求。
四、SpringBoot 如何結合 Redis 實現緩存
1、Mavne 引入相關依賴
- spring-boot-starter-data-redis：
- commons-pool2：
2、配置 Redis 參數
application 文件中添加連接 Redis 的配置參數
- Redis 單機配置：
- Redis 哨兵配置：
- Redis 集群配置：
3、配置 Spring 緩存管理器
@Configurationpublic class RedisConfig { /** * 配置緩存管理器 * @param factory Redis 線程安全連接工廠 * @return 緩存管理器 */ @Bean public CacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory factory) { // 生成兩套默認配置，通過 Config 對象即可對緩存進行自定義配置 RedisCacheConfiguration cacheConfig = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig() // 設置過期時間 10 分鍾 .entryTtl(Duration.ofMinutes(10)) // 設置緩存前綴 .prefixKeysWith("cache:user:") // 禁止緩存 null 值 .disableCachingNullValues() // 設置 key 序列化 .serializeKeysWith(keyPair()) // 設置 value 序列化 .serializeValuesWith(valuePair()); // 返回 Redis 緩存管理器 return RedisCacheManager.builder(factory) .withCacheConfiguration("user", cacheConfig).build(); } /** * 配置鍵序列化 * @return StringRedisSerializer */ private RedisSerializationContext.SerializationPair<String> keyPair() { return RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(new StringRedisSerializer()); } /** * 配置值序列化，使用 GenericJackson2JsonRedisSerializer 替換默認序列化 * @return GenericJackson2JsonRedisSerializer */ private RedisSerializationContext.SerializationPair<Object> valuePair() { return RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer()); }}4、服務中使用 SpringCache 的注解
@Service@CacheConfig(cacheNames = "user")public class UserServiceImpl implements UserService { /** * 新增用戶 */ public User addUser(User user) { ...... } /** * 查詢用戶 */ @Cacheable(key = "#username") public User getUserByUsername(String username) { ...... } /** * 更新用戶 */ @CachePut(key = "#user.username") public User updateUser(User user) { ...... } /** * 刪除用戶 */ @CacheEvict(key = "#username") public void deleteByUsername(String username) { ...... }}注解說明：
- @CacheConfig： 一般配置在類上，指定緩存名稱，這個名稱是和上面“置緩存管理器”中緩存名稱的一致。
- @Cacheable： 作用於方法上，用於對於方法返回結果進行緩存，如果已經存在該緩存，則直接從緩存中獲取，緩存的key可以從入參中指定，緩存的 value 為方法返回值。
- @CachePut： 作用於方法上，無論是否存在該緩存，每次都會重新添加緩存，緩存的key可以從入參中指定，緩存的value為方法返回值，常用作於更新。
- @CacheEvict： 作用於方法上，用於清除緩存
- @Caching： 作用於方法上，用於一次性設置多個緩存。
上面注解中的常用配置參數：
- value： 緩存管理器中配置的緩存的名稱，這里可以理解為一個組的概念，緩存管理器中可以有多套緩存配置，每套都有一個名稱，類似於組名，這個可以配置這個值，選擇使用哪個緩存的名稱，配置后就會應用那個緩存名稱對應的配置。
- key： 緩存的 key，可以為空，如果指定要按照 SpEL 表達式編寫，如果不指定，則缺省按照方法的所有參數進行組合。
- condition： 緩存的條件，可以為空，使用 SpEL 編寫，返回 true 或者 false，只有為 true 才進行緩存。
- unless： 不緩存的條件，和 condition 一樣，也是 SpEL 編寫，返回 true 或者 false，為 true 時則不進行緩存。
5、啟動類添加開啟緩存注解
- @EnableCaching： 作用於類上，用於開啟注解功能。
五、SpringCache 操作緩存的不足
使用 Spring Cache 雖然方便，但是也有很多局限性，因為它多是根據請求參數命名 key，根據返回指設置 value，這樣很多情況下，我們想方法內部進行命名和操作有一定的限制。如果我們需要靈活設置緩存，可以不用 SpringCache 提供的注解，直接在代碼中使用 Spring-data-redis 包提供的方法，手動操作 key 與 value。
- opsForValue().set(String key, String value);
- opsForValue().get(String key);
還有經常要批量設置、讀取緩存，可以使用：
- opsForValue().multiSet(Map map);
- opsForValue().multiGet(List list);
六、SpringBoot + SpringCache + Redis 示例項目
下面是一個簡單的 SpringBoot 項目，用於對用戶的增刪改查，這里使用 SpringCache 來模擬對數據進行緩存，示例如下：
1、Mavne 引入相關依賴
Maven 中引入 SpringBoot 和 Redis 依賴，因為使用了
<?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"> <modelVersion>4.0.0</modelVersion> <parent> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId> <version>2.2.2.RELEASE</version> </parent> <groupId>mydlq.club</groupId> <artifactId>springboot-redis-example</artifactId> <version>0.0.1</version> <name>springboot-redis-example</name> <description>Demo project for Spring Boot Redis</description> <properties> <java.version>1.8</java.version> </properties> <dependencies> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.apache.commons</groupId> <artifactId>commons-pool2</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.projectlombok</groupId> <artifactId>lombok</artifactId> </dependency> </dependencies> <build> <plugins> <plugin> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId> </plugin> </plugins> </build></project>2、配置連接 Redis 參數
3、配置 Spring 緩存管理器
緩存配置類，里面配置緩存管理器，配置緩存的全局過期時間、序列化等參數。
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 配置類 */@Configurationpublic class RedisConfig { /** * 配置緩存管理器 * @param factory Redis 線程安全連接工廠 * @return 緩存管理器 */ @Bean public CacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory factory) { // 生成兩套默認配置，通過 Config 對象即可對緩存進行自定義配置 RedisCacheConfiguration cacheConfig1 = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig() // 設置過期時間 10 分鍾 .entryTtl(Duration.ofMinutes(10)) // 設置緩存前綴 .prefixKeysWith("cache:user:") // 禁止緩存 null 值 .disableCachingNullValues() // 設置 key 序列化 .serializeKeysWith(keyPair()) // 設置 value 序列化 .serializeValuesWith(valuePair()); RedisCacheConfiguration cacheConfig2 = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig() // 設置過期時間 30 秒 .entryTtl(Duration.ofSeconds(30)) .prefixKeysWith("cache:user_info:") .disableCachingNullValues() .serializeKeysWith(keyPair()) .serializeValuesWith(valuePair()); // 返回 Redis 緩存管理器 return RedisCacheManager.builder(factory) .withCacheConfiguration("user", cacheConfig1) .withCacheConfiguration("userInfo", cacheConfig2) .build(); } /** * 配置鍵序列化 * @return StringRedisSerializer */ private RedisSerializationContext.SerializationPair<String> keyPair() { return RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(new StringRedisSerializer()); } /** * 配置值序列化，使用 GenericJackson2JsonRedisSerializer 替換默認序列化 * @return GenericJackson2JsonRedisSerializer */ private RedisSerializationContext.SerializationPair<Object> valuePair() { return RedisSerializationContext.SerializationPair.fromSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer()); }}4、定義實體類
用戶實體類
User
用戶信息實體類
UserInfo
5、定義服務接口
UserService
import mydlq.club.example.entity.User;/** * 用戶業務接口 */public interface UserService { /** * 增加賬戶 * * @param user 賬戶 */ void addUser(User user); /** * 獲取賬戶 * * @param username 用戶名 * @return 用戶信息 */ User getUserByUsername(String username); /** * 修改賬戶 * * @param user 用戶信息 * @return 用戶信息 */ User updateUser(User user); /** * 刪除賬戶 * @param username 用戶名 */ void deleteByUsername(String username);}UserInfoService
import mydlq.club.example.entity.UserInfo;/** * 用戶信息業務接口 */public interface UserInfoService { /** * 增加用戶信息 * * @param userInfo 用戶信息 */ void addUserInfo(UserInfo userInfo); /** * 獲取用戶信息 * * @param name 姓名 * @return 用戶信息 */ UserInfo getByName(String name); /** * 修改用戶信息 * * @param userInfo 用戶信息 * @return 用戶信息 */ UserInfo updateUserInfo(UserInfo userInfo); /** * 刪除用戶信息 * @param name 姓名 */ void deleteByName(String name);}6、實現服務類
實現 UserService 與 UserInfoService 接口中的方法，里面使用 @Cacheable、@CachePut、@CacheEvict 三個注解完成對用戶與用戶信息數據的緩存。
UserServiceImpl（用戶業務實現類）
注意，為了演示方便，沒有連接數據庫，臨時創建了個成員變量 userMap 來模擬數據庫存儲。
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 HashMap<String, 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("不存在該用戶"); } // 獲取存儲的對象 User newUser = userMap.get(user.getUsername()); // 復制要更新的數據到新對象，因為不能更改用戶名信息，所以忽略 BeanUtils.copyProperties(user, newUser, "username"); // 將新的對象存儲，更新舊對象信息 userMap.put(newUser.getUsername(), newUser); // 返回新對象信息 return newUser; } @Override @CacheEvict(key = "#username") public void deleteByUsername(String username) { userMap.remove(username); }}UserInfoServiceImpl（用戶信息業務實現）
注意，為了演示方便，沒有連接數據庫，臨時創建了個成員變量 userInfoMap 來模擬數據庫存儲。
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 HashMap<String, 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("該用戶信息沒有找到"); } // 獲取存儲的對象 UserInfo newUserInfo = userInfoMap.get(userInfo.getName()); // 復制要更新的數據到新對象，因為不能更改用戶名信息，所以忽略 BeanUtils.copyProperties(userInfo, newUserInfo, "name"); // 將新的對象存儲，更新舊對象信息 userInfoMap.put(newUserInfo.getName(), newUserInfo); // 返回新對象信息 return newUserInfo; } @Override @CacheEvict(key = "#name") public void deleteByName(String name) { userInfoMap.remove(name); }}7、創建 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.*;/** * 用戶 Controller */@RestControllerpublic 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.*;/** * 用戶信息 Controller */@RestControllerpublic 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、啟動類
啟動類中添加 @EnableCaching 注解開啟緩存。
