声明式基于注解的缓存

对于缓存声明,Spring 的缓存抽象提供了一组 Java 注解

  • @Cacheable:触发缓存填充。

  • @CacheEvict:触发缓存清除。

  • @CachePut:更新缓存而不干扰方法执行。

  • @Caching:将多个缓存操作重新组合以应用于一个方法。

  • @CacheConfig:在类级别共享一些常见的缓存相关设置。

@Cacheable 注解

顾名思义,您可以使用 @Cacheable 来标记可缓存的方法——即其结果存储在缓存中的方法,以便在后续调用(使用相同参数)时,直接返回缓存中的值,而无需实际调用方法。最简单的形式,注解声明需要与注解方法关联的缓存名称,如下例所示

@Cacheable("books")
public Book findBook(ISBN isbn) {...}

在前面的代码片段中,findBook 方法与名为 books 的缓存相关联。每次调用该方法时,都会检查缓存以查看该调用是否已运行并且无需重复。虽然在大多数情况下,只声明一个缓存,但注解允许指定多个名称,以便使用多个缓存。在这种情况下,在调用方法之前会检查每个缓存——如果至少有一个缓存命中,则返回关联的值。

所有其他不包含该值的缓存也会更新,即使缓存方法实际上并未调用。

以下示例在 findBook 方法上使用 @Cacheable 并使用多个缓存

@Cacheable({"books", "isbns"})
public Book findBook(ISBN isbn) {...}

默认键生成

由于缓存本质上是键值存储,因此每次调用缓存方法都需要转换为适合缓存访问的键。缓存抽象使用一个简单的 KeyGenerator,基于以下算法

  • 如果没有给定参数,则返回 SimpleKey.EMPTY

  • 如果只给定一个参数,则返回该实例。

  • 如果给定多个参数,则返回包含所有参数的 SimpleKey

只要参数具有自然键并实现有效的 hashCode()equals() 方法,此方法适用于大多数用例。如果不是这种情况,您需要更改策略。

要提供不同的默认键生成器,您需要实现 org.springframework.cache.interceptor.KeyGenerator 接口。

默认的键生成策略随着 Spring 4.0 的发布而改变。早期版本的 Spring 使用的键生成策略对于多个键参数只考虑参数的 hashCode() 而不考虑 equals()。这可能导致意外的键冲突(有关背景,请参阅 spring-framework#14870)。新的 SimpleKeyGenerator 在这种情况下使用复合键。

如果您想继续使用以前的键策略,可以配置已弃用的 org.springframework.cache.interceptor.DefaultKeyGenerator 类或创建自定义的基于哈希的 KeyGenerator 实现。

自定义键生成声明

由于缓存是通用的,目标方法很可能具有各种签名,这些签名无法轻易映射到缓存结构之上。当目标方法有多个参数,其中只有一些适合缓存(而其余参数仅由方法逻辑使用)时,这一点往往变得显而易见。考虑以下示例

@Cacheable("books")
public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)

乍一看,虽然两个 boolean 参数影响了查找书籍的方式,但它们对缓存毫无用处。此外,如果两个参数中只有一个重要而另一个不重要呢?

对于这种情况,@Cacheable 注解允许您通过其 key 属性指定键的生成方式。您可以使用 SpEL 选择感兴趣的参数(或其嵌套属性),执行操作,甚至调用任意方法,而无需编写任何代码或实现任何接口。这是推荐的方法,而不是 默认生成器,因为随着代码库的增长,方法的签名往往差异很大。虽然默认策略可能适用于某些方法,但很少适用于所有方法。

以下示例使用各种 SpEL 声明(如果您不熟悉 SpEL,请务必阅读 Spring 表达式语言

@Cacheable(cacheNames="books", key="#isbn")
public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)

@Cacheable(cacheNames="books", key="#isbn.rawNumber")
public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)

@Cacheable(cacheNames="books", key="T(someType).hash(#isbn)")
public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)

前面的代码片段展示了选择某个参数、其属性之一或甚至任意(静态)方法是多么容易。

如果负责生成键的算法过于具体或需要共享,则可以在操作上定义自定义 keyGenerator。为此,请指定要使用的 KeyGenerator bean 实现的名称,如下例所示

@Cacheable(cacheNames="books", keyGenerator="myKeyGenerator")
public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)
keykeyGenerator 参数是互斥的,指定两者的操作会导致异常。

默认缓存解析

缓存抽象使用一个简单的 CacheResolver,它通过使用已配置的 CacheManager 检索在操作级别定义的缓存。

要提供不同的默认缓存解析器,您需要实现 org.springframework.cache.interceptor.CacheResolver 接口。

自定义缓存解析

默认缓存解析非常适合使用单个 CacheManager 且没有复杂缓存解析要求的应用程序。

对于使用多个缓存管理器的应用程序,您可以为每个操作设置要使用的 cacheManager,如下例所示

@Cacheable(cacheNames="books", cacheManager="anotherCacheManager") (1)
public Book findBook(ISBN isbn) {...}
1 指定 anotherCacheManager

您还可以完全替换 CacheResolver,其方式类似于替换 键生成。每次缓存操作都会请求解析,从而允许实现根据运行时参数实际解析要使用的缓存。以下示例展示了如何指定 CacheResolver

@Cacheable(cacheResolver="runtimeCacheResolver") (1)
public Book findBook(ISBN isbn) {...}
1 指定 CacheResolver

自 Spring 4.1 起,缓存注解的 value 属性不再是强制性的,因为此特定信息可以由 CacheResolver 提供,而不管注解的内容如何。

类似于 keykeyGeneratorcacheManagercacheResolver 参数是互斥的,指定两者的操作会导致异常,因为自定义 CacheManager 会被 CacheResolver 实现忽略。这可能不是您所期望的。

同步缓存

在多线程环境中,某些操作可能会为相同的参数并发调用(通常在启动时)。默认情况下,缓存抽象不锁定任何内容,并且相同的值可能会计算多次,从而失去了缓存的目的。

对于这些特殊情况,您可以使用 sync 属性指示底层缓存提供程序在计算值时锁定缓存条目。因此,只有一个线程忙于计算值,而其他线程则被阻塞,直到缓存中的条目更新。以下示例展示了如何使用 sync 属性

@Cacheable(cacheNames="foos", sync=true) (1)
public Foo executeExpensiveOperation(String id) {...}
1 使用 sync 属性。
这是一项可选功能,您最喜欢的缓存库可能不支持它。核心框架提供的所有 CacheManager 实现都支持它。有关更多详细信息,请参阅您的缓存提供程序的文档。

使用 CompletableFuture 和响应式返回类型进行缓存

从 6.1 开始,缓存注解会考虑 CompletableFuture 和响应式返回类型,并相应地自动调整缓存交互。

对于返回 CompletableFuture 的方法,该 future 生成的对象将在完成时缓存,并且缓存命中的查找将通过 CompletableFuture 检索

@Cacheable("books")
public CompletableFuture<Book> findBook(ISBN isbn) {...}

对于返回 Reactor Mono 的方法,该 Reactive Streams 发布者发出的对象将在可用时缓存,并且缓存命中的查找将作为 Mono 检索(由 CompletableFuture 支持)

@Cacheable("books")
public Mono<Book> findBook(ISBN isbn) {...}

对于返回 Reactor Flux 的方法,该 Reactive Streams 发布者发出的对象将被收集到 List 中并在该列表完成时缓存,并且缓存命中的查找将作为 Flux 检索(由 CompletableFuture 支持缓存的 List 值)

@Cacheable("books")
public Flux<Book> findBooks(String author) {...}

这种 CompletableFuture 和响应式适配也适用于同步缓存,在并发缓存未命中的情况下只计算一次值

@Cacheable(cacheNames="foos", sync=true) (1)
public CompletableFuture<Foo> executeExpensiveOperation(String id) {...}
1 使用 sync 属性。
为了使这种安排在运行时起作用,配置的缓存需要能够基于 CompletableFuture 进行检索。Spring 提供的 ConcurrentMapCacheManager 会自动适应这种检索方式,而 CaffeineCacheManager 在启用其异步缓存模式时原生支持它:在您的 CaffeineCacheManager 实例上设置 setAsyncCacheMode(true)
@Bean
CacheManager cacheManager() {
	CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();
	cacheManager.setCacheSpecification(...);
	cacheManager.setAsyncCacheMode(true);
	return cacheManager;
}

最后但同样重要的是,请注意,注解驱动的缓存不适用于涉及组合和背压的复杂响应式交互。如果您选择在特定的响应式方法上声明 @Cacheable,请考虑相当粗粒度的缓存交互的影响,它只是为 Mono 存储发出的对象,甚至为 Flux 存储预先收集的对象列表。

条件缓存

有时,一个方法可能并非总是适合缓存(例如,它可能取决于给定的参数)。缓存注解通过 condition 参数支持此类用例,该参数接受一个 SpEL 表达式,该表达式求值为 truefalse。如果为 true,则缓存该方法。否则,它表现得好像该方法未缓存(即,每次都调用该方法,无论缓存中有哪些值或使用了哪些参数)。例如,以下方法仅在参数 name 的长度小于 32 时才缓存

@Cacheable(cacheNames="book", condition="#name.length() < 32") (1)
public Book findBook(String name)
1 @Cacheable 上设置条件。

除了 condition 参数,您还可以使用 unless 参数来否决将值添加到缓存中。与 condition 不同,unless 表达式在方法调用后进行评估。为了扩展前面的示例,也许我们只想缓存平装书,如下例所示

@Cacheable(cacheNames="book", condition="#name.length() < 32", unless="#result.hardback") (1)
public Book findBook(String name)
1 使用 unless 属性阻止精装书。

缓存抽象支持 java.util.Optional 返回类型。如果 Optional存在,它将被存储在关联的缓存中。如果 Optional 值不存在,null 将被存储在关联的缓存中。#result 始终指业务实体,从不指受支持的包装器,因此前面的示例可以改写如下

@Cacheable(cacheNames="book", condition="#name.length() < 32", unless="#result?.hardback")
public Optional<Book> findBook(String name)

请注意,#result 仍然指 Book 而不是 Optional<Book>。由于它可能为 null,我们使用 SpEL 的 安全导航运算符

可用的缓存 SpEL 评估上下文

每个 SpEL 表达式都会针对一个专用的 context 进行评估。除了内置参数外,框架还提供专用的缓存相关元数据,例如参数名称。下表描述了上下文中可用的项,以便您可以使用它们进行键和条件计算

表 1. SpEL 表达式中可用的缓存元数据
名称 位置 描述 示例

methodName

根对象

正在调用的方法的名称

#root.methodName

method

根对象

正在调用的方法

#root.method.name

target

根对象

正在调用的目标对象

#root.target

targetClass

根对象

正在调用的目标的类

#root.targetClass

args

根对象

用于调用目标的参数(作为对象数组)

#root.args[0]

caches

根对象

当前方法运行所针对的缓存集合

#root.caches[0].name

参数名称

评估上下文

特定方法参数的名称。如果名称不可用(例如,因为代码在没有 -parameters 标志的情况下编译),也可以使用 #a<#arg> 语法访问单个参数,其中 <#arg> 表示参数索引(从 0 开始)。

#iban#a0(您也可以使用 #p0#p<#arg> 符号作为别名)。

result

评估上下文

方法调用的结果(要缓存的值)。仅在 unless 表达式、cache put 表达式(用于计算 key)或 cache evict 表达式(当 beforeInvocationfalse 时)中可用。对于受支持的包装器(例如 Optional),#result 指的是实际对象,而不是包装器。

#result

@CachePut 注解

当需要更新缓存而不干扰方法执行时,可以使用 @CachePut 注解。也就是说,该方法总是被调用,其结果被放入缓存中(根据 @CachePut 选项)。它支持与 @Cacheable 相同的选项,并且应该用于缓存填充而不是方法流优化。以下示例使用 @CachePut 注解

@CachePut(cacheNames="book", key="#isbn")
public Book updateBook(ISBN isbn, BookDescriptor descriptor)
在同一个方法上同时使用 @CachePut@Cacheable 注解通常强烈不鼓励,因为它们具有不同的行为。后者通过使用缓存导致方法调用被跳过,而前者强制调用以运行缓存更新。这会导致意外行为,除了特定的极端情况(例如具有彼此排除的条件的注解)之外,应避免此类声明。另请注意,此类条件不应依赖于结果对象(即 #result 变量),因为它们会预先验证以确认排除。

从 6.1 开始,@CachePut 考虑了 CompletableFuture 和响应式返回类型,只要生成的对象可用,就执行放置操作。

@CacheEvict 注解

缓存抽象不仅允许填充缓存存储,还允许清除。此过程对于从缓存中删除陈旧或未使用的数据很有用。与 @Cacheable 相对,@CacheEvict 标记执行缓存清除的方法(即,作为从缓存中删除数据的触发器的方法)。与它的兄弟注解类似,@CacheEvict 需要指定受操作影响的一个或多个缓存,允许指定自定义缓存和键解析或条件,并具有一个额外的参数(allEntries),指示是否需要执行全缓存清除而不是仅清除条目(基于键)。以下示例从 books 缓存中清除所有条目

@CacheEvict(cacheNames="books", allEntries=true) (1)
public void loadBooks(InputStream batch)
1 使用 allEntries 属性清除缓存中的所有条目。

当需要清除整个缓存区域时,此选项非常方便。如前面的示例所示,不是清除每个条目(这将花费很长时间,因为它效率低下),而是在一个操作中删除所有条目。请注意,在这种情况下,框架会忽略任何指定的键,因为它不适用(整个缓存被清除,而不仅仅是一个条目)。

您还可以使用 beforeInvocation 属性指示清除应该在方法调用之后(默认)还是之前发生。前者提供与其余注解相同的语义:一旦方法成功完成,就会对缓存执行操作(在本例中为清除)。如果方法没有运行(因为它可能已缓存)或抛出异常,则不会发生清除。后者(beforeInvocation=true)导致清除总是在方法调用之前发生。这在清除不需要与方法结果关联的情况下很有用。

请注意,void 方法可以与 @CacheEvict 一起使用 - 因为这些方法充当触发器,返回值被忽略(因为它们不与缓存交互)。@Cacheable 则不同,它向缓存添加数据或更新缓存中的数据,因此需要一个结果。

从 6.1 开始,@CacheEvict 会考虑 CompletableFuture 和响应式返回类型,在处理完成后执行调用后清除操作。

@Caching 注解

有时,需要指定多个相同类型的注解(例如 @CacheEvict@CachePut)——例如,因为不同缓存之间的条件或键表达式不同。@Caching 允许在同一个方法上使用多个嵌套的 @Cacheable@CachePut@CacheEvict 注解。以下示例使用两个 @CacheEvict 注解

@Caching(evict = { @CacheEvict("primary"), @CacheEvict(cacheNames="secondary", key="#p0") })
public Book importBooks(String deposit, Date date)

@CacheConfig 注解

到目前为止,我们已经看到缓存操作提供了许多自定义选项,并且可以为每个操作设置这些选项。但是,如果某些自定义选项适用于类的所有操作,则配置起来可能会很繁琐。例如,为类的每个缓存操作指定要使用的缓存名称可以替换为单个类级别定义。这就是 @CacheConfig 发挥作用的地方。以下示例使用 @CacheConfig 设置缓存名称

@CacheConfig("books") (1)
public class BookRepositoryImpl implements BookRepository {

	@Cacheable
	public Book findBook(ISBN isbn) {...}
}
1 使用 @CacheConfig 设置缓存名称。

@CacheConfig 是一个类级注解,允许共享缓存名称、自定义 KeyGenerator、自定义 CacheManager 和自定义 CacheResolver。将此注解放在类上不会开启任何缓存操作。

操作级自定义总是会覆盖在 @CacheConfig 上设置的自定义。因此,这为每个缓存操作提供了三个级别的自定义

  • 全局配置,例如通过 CachingConfigurer:参见下一节。

  • 在类级别,使用 @CacheConfig

  • 在操作级别。

提供程序特定的设置通常在 CacheManager bean 上可用,例如在 CaffeineCacheManager 上。这些也实际上是全局的。

启用缓存注解

需要注意的是,即使声明了缓存注解,它们也不会自动触发其操作——像 Spring 中的许多事情一样,该功能必须声明性地启用(这意味着如果您怀疑缓存是罪魁祸首,您只需删除一行配置而不是代码中的所有注解即可将其禁用)。

要启用缓存注解,请将 @EnableCaching 注解添加到您的一个 @Configuration 类中,或将 cache:annotation-driven 元素与 XML 一起使用

  • Java

  • Kotlin

  • Xml

@Configuration
@EnableCaching
class CacheConfiguration {

	@Bean
	CacheManager cacheManager() {
		CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();
		cacheManager.setCacheSpecification("...");
		return cacheManager;
	}
}
@Configuration
@EnableCaching
class CacheConfiguration {

	@Bean
	fun cacheManager(): CacheManager {
		return CaffeineCacheManager().apply {
			setCacheSpecification("...")
		}
	}
}
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
	   xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
	   xmlns:cache="http://www.springframework.org/schema/cache"
	   xsi:schemaLocation="
			http://www.springframework.org/schema/beans https://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
			http://www.springframework.org/schema/cache https://www.springframework.org/schema/cache/spring-cache.xsd">

	<cache:annotation-driven/>

	<bean id="cacheManager" class="org.springframework.cache.caffeine.CaffeineCacheManager">
		<property name="cacheSpecification" value="..."/>
	</bean>
</beans>

cache:annotation-driven 元素和 @EnableCaching 注解都允许您指定各种选项,这些选项会影响通过 AOP 将缓存行为添加到应用程序的方式。该配置与 @Transactional 的配置有意地相似。

处理缓存注解的默认建议模式是 proxy,它只允许通过代理拦截调用。同一类中的本地调用无法以这种方式拦截。对于更高级的拦截模式,请考虑结合编译时或加载时织入切换到 aspectj 模式。
有关实现 CachingConfigurer 所需的高级自定义(使用 Java 配置)的更多详细信息,请参阅 javadoc
表 2. 缓存注解设置
XML 属性 注解属性 默认值 描述

cache-manager

N/A(参见 CachingConfigurer javadoc)

cacheManager

要使用的缓存管理器的名称。默认的 CacheResolver 会在后台使用此缓存管理器初始化(如果未设置,则使用 cacheManager)。为了更细粒度地管理缓存解析,请考虑设置“cache-resolver”属性。

cache-resolver

N/A(参见 CachingConfigurer javadoc)

使用已配置的 cacheManagerSimpleCacheResolver

CacheResolver 的 bean 名称,用于解析后端缓存。此属性不是必需的,只需作为“cache-manager”属性的替代品指定即可。

key-generator

N/A(参见 CachingConfigurer javadoc)

SimpleKeyGenerator

要使用的自定义键生成器的名称。

error-handler

N/A(参见 CachingConfigurer javadoc)

SimpleCacheErrorHandler

要使用的自定义缓存错误处理器的名称。默认情况下,在缓存相关操作期间抛出的任何异常都会抛回给客户端。

mode

mode

代理

默认模式(proxy)处理通过 Spring 的 AOP 框架代理的带注解 bean(遵循代理语义,如前所述,仅适用于通过代理传入的方法调用)。替代模式(aspectj)改为使用 Spring 的 AspectJ 缓存方面织入受影响的类,修改目标类字节码以适用于任何类型的方法调用。AspectJ 织入需要类路径中的 spring-aspects.jar 以及启用加载时织入(或编译时织入)。(有关如何设置加载时织入的详细信息,请参阅 Spring 配置。)

proxy-target-class

proxyTargetClass

仅适用于代理模式。控制为使用 @Cacheable@CacheEvict 注解的类创建的缓存代理的类型。如果 proxy-target-class 属性设置为 true,则创建基于类的代理。如果 proxy-target-classfalse 或省略该属性,则创建标准的基于 JDK 接口的代理。(有关不同代理类型的详细分析,请参阅 代理机制。)

命令

命令

Ordered.LOWEST_PRECEDENCE

定义应用于使用 @Cacheable@CacheEvict 注解的 bean 的缓存通知的顺序。(有关与 AOP 通知排序相关的规则的更多信息,请参阅 通知排序。)未指定排序意味着 AOP 子系统确定通知的顺序。

<cache:annotation-driven/> 仅在其定义的同一应用程序上下文中查找带有 @Cacheable/@CachePut/@CacheEvict/@Caching 注解的 bean。这意味着,如果您在 DispatcherServletWebApplicationContext 中放置 <cache:annotation-driven/>,它只会检查您的控制器中的 bean,而不会检查您的服务。有关更多信息,请参阅 MVC 部分
方法可见性和缓存注解

使用代理时,您应该仅将缓存注解应用于具有公共可见性的方法。如果您使用这些注解注释受保护、私有或包可见的方法,则不会引发错误,但带注解的方法不会显示配置的缓存设置。如果您需要注释非公共方法,请考虑使用 AspectJ(参见本节的其余部分),因为它会更改字节码本身。

Spring 建议您只使用 @Cache* 注解注释具体类(以及具体类的方法),而不是注释接口。您当然可以在接口(或接口方法)上放置 @Cache* 注解,但这仅在使用代理模式(mode="proxy")时才有效。如果您使用基于织入的切面(mode="aspectj"),则织入基础设施将无法识别接口级声明上的缓存设置。
在代理模式(默认)下,只有通过代理传入的外部方法调用才会被拦截。这意味着自调用(实际上是目标对象中调用目标对象另一个方法的方法)在运行时不会导致实际缓存,即使被调用的方法被标记为 @Cacheable。在这种情况下,请考虑使用 aspectj 模式。此外,代理必须完全初始化才能提供预期的行为,因此您不应在初始化代码(即 @PostConstruct)中依赖此功能。

使用自定义注解

自定义注解和 AspectJ

此功能仅适用于基于代理的方法,但通过使用 AspectJ 可以通过额外的工作启用。

spring-aspects 模块仅为标准注解定义了一个切面。如果您定义了自己的注解,您还需要为这些注解定义一个切面。请查看 AnnotationCacheAspect 以获取示例。

缓存抽象允许您使用自己的注解来标识哪些方法触发缓存填充或清除。这作为一种模板机制非常方便,因为它消除了重复缓存注解声明的需要,这在指定键或条件时或在代码库中不允许外部导入(org.springframework)时尤其有用。与其余的 stereotype 注解类似,您可以将 @Cacheable@CachePut@CacheEvict@CacheConfig 用作 元注解(即可以注释其他注解的注解)。在以下示例中,我们将一个常见的 @Cacheable 声明替换为我们自己的自定义注解

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD})
@Cacheable(cacheNames="books", key="#isbn")
public @interface SlowService {
}

在前面的示例中,我们定义了自己的 SlowService 注解,该注解本身用 @Cacheable 注解。现在我们可以替换以下代码

@Cacheable(cacheNames="books", key="#isbn")
public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)

以下示例显示了我们可以替换前面代码的自定义注解

@SlowService
public Book findBook(ISBN isbn, boolean checkWarehouse, boolean includeUsed)

尽管 @SlowService 不是 Spring 注解,但容器会在运行时自动识别其声明并理解其含义。请注意,如 前面 所述,注解驱动的行为需要启用。

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