Spring Cache原理解析
更新時間：2024年05月20日 15:06:52 作者：買斷
Spring Cache是一個框架,它提供了基于注解的緩存功能,使得開發(fā)者可以很方便地將緩存集成到他們的應(yīng)用程序中,這篇文章主要介紹了Spring Cache原理解析,需要的朋友可以參考下
一. 各個注解回顧
在看 Spring Cache 源碼時，我們先看下回顧一下幾個重要的注解；
1. @Cacheable
在方法執(zhí)行前查看是否有緩存對應(yīng)的數(shù)據(jù)，如果有直接返回數(shù)據(jù)，如果沒有則調(diào)用方法獲取數(shù)據(jù)返回，并緩存起來；
- unless屬性：條件符合則不緩存，不符合則緩存；挺容易搞混的；
- sync屬性：是否使用異步，默認是 false；在一個多線程的環(huán)境中，某些操作可能被相同的參數(shù)并發(fā)地調(diào)用，同一個 value 值可能被多次計算（或多次訪問 db），這樣就達不到緩存的目的。針對這些可能高并發(fā)的操作，我們可以使用 sync 參數(shù)來告訴底層的緩存提供者將緩存的入口鎖住，這樣就只能有一個線程計算操作的結(jié)果值，而其它線程需要等待。當(dāng)值為true，相當(dāng)于同步可以有效的避免緩存擊穿的問題；
@Cacheable(cacheNames = "cache1", key = "#id")
public User getUserById(int id) {
User user = userMapper.selectById(id);
log.info("getUserById: {}", user);
return user;
}2. @CachePut
@CachePut ，在每次執(zhí)行方法時，將執(zhí)行結(jié)果以鍵值對的形式存入指定緩存中；
@CachePut(cacheNames = "cache1", key = "#user.id", unless = "#result == null")
public User updateUser(User user) {
int count = userMapper.updateUser(user);
if (count == 0) {
log.info("update failed");
return null;
}
return user;
}3. @CacheEvict
@CacheEvict，Evict，表示驅(qū)逐，會在調(diào)用方法時從緩存中移除已存儲的數(shù)據(jù)；
@CacheEvict(cacheNames = "cache1", key = "#id")
public int deleteUserById(int id) {
int result = userMapper.deleteUserById(id);
log.info("delete result: {}", result);
return result;
}@CacheEvict 中有一個屬性 beforeInvocation：是否在方法執(zhí)行前就清空，默認是 false，表示在方法執(zhí)行后清空緩存；
清除操作默認是在對應(yīng)方法成功執(zhí)行之后觸發(fā)的，即方法如果因為拋出異常而未能成功返回時不會觸發(fā)清除操作。使用beforeInvocation = true 可以改變觸發(fā)清除操作的時間，當(dāng)我們指定該屬性值為 true 時，SpringCache 會在調(diào)用該方法之前清除緩存中的指定元素；
4. @Caching
可以在一個方法或者類上同時指定多個 SpringCache 相關(guān)的注解；
- 默認情況下不允許同時兩個 @CachePut 作用在方法上，此時需要用到 @Caching 進行組合；
- @CachePut 和 @Cacheable 和 CacheEvict 三者是可以同時作用在方法上的；
@Caching(
put = {@CachePut(cacheNames = "cache1", key = "#user.id", unless = "#result == null"),
@CachePut(cacheNames = "cache1", key = "#user.username", unless = "#result == null")}
)
public User updateUser(User user) {
int count = userMapper.updateUser(user);
if (count == 0) {
log.info("update failed");
return null;
}
return user;
}二. Spring Cache
Spring Cache 注解對應(yīng)的 PointcutAdvsior 是 BeanFactoryCacheOperationSourceAdvisor，我們主要看它的 Advice，它的 Advice 是 CacheInterceptor；
CacheInterceptor 的處理邏輯和事務(wù)相關(guān)的 TransactionInterceptor 非常類似，下面我們對 CacheInterceptor 進行簡單分析；
1. CacheInterceptor
CacheInterceptor 是一個 Advice，它實現(xiàn)了 MethodInterceptor 接口，我們主要看它作為一個 MethodInterceptor 的 invoke() 邏輯；
// ----------------------------------- CacheInterceptor -------------------------------------
public class CacheInterceptor extends CacheAspectSupport implements MethodInterceptor {
@Override
public Object invoke(final MethodInvocation invocation) throws Throwable {
Method method = invocation.getMethod();
// 采用函數(shù)對象的方式，把該函數(shù)對象傳給父類的 execute() 執(zhí)行
// 最終還是執(zhí)行 invocation.proceed()
CacheOperationInvoker aopAllianceInvoker = () -> {
try {
return invocation.proceed();
}
catch (Throwable ex) {
// 這里對異常做了一次封裝，并拋出此異常
throw new CacheOperationInvoker.ThrowableWrapper(ex);
}
};
Object target = invocation.getThis();
try {
// 1. 執(zhí)行父類的 execute()
return execute(aopAllianceInvoker, target, method, invocation.getArguments());
}
catch (CacheOperationInvoker.ThrowableWrapper th) {
// 拋出原始異常
throw th.getOriginal();
}
}
}主要還是執(zhí)行父類 CacheAspectSupport#execute()，我們看 CacheAspectSupport#execute() 做了啥；
// --------------------------------- CacheAspectSupport -----------------------------------
protected Object execute(CacheOperationInvoker invoker, Object target, Method method, Object[] args) {
if (this.initialized) {
Class<?> targetClass = getTargetClass(target);
// 1. 獲取 CacheOperationSource
// 一般我們使用的都是注解類型的，所以會獲取到 AnnotationCacheOperationSource
// AnnotationCacheOperationSource 內(nèi)部有注解解析器，可以解析得到 CacheOperations
CacheOperationSource cacheOperationSource = getCacheOperationSource();
if (cacheOperationSource != null) {
// 2. 根據(jù) AnnotationCacheOperationSource 解析得到 targetClass#method() 上的 CacheOperations
// CacheOperation 是一個抽象類，它的三個實現(xiàn)類分別對應(yīng) @Cacheable、@CachePut、@CacheEvict
// CacheableOperation、CachePutOperation、CacheEvictOperation
// 其實就是解析到目標(biāo)類目標(biāo)方法上的注解元信息 CacheOperations
Collection<CacheOperation> operations =
cacheOperationSource.getCacheOperations(method, targetClass);
if (!CollectionUtils.isEmpty(operations)) {
// 3. CacheOperations 不為空，將 CacheOperations 等信息聚合為 CacheOperationContexts 對象
// CacheOperationContexts 類功能很強大，debug 的時候可以點進去看看
// 每個 CacheOperation 都會對應(yīng)一個 CacheOperationContext，塞入 CacheOperationContexts
// 執(zhí)行重載的 execute()
return execute(invoker, method,
new CacheOperationContexts(operations, method, args, target, targetClass));
}
}
}
return invoker.invoke();
}我們看它重載的 execute()，這個是核心方法；
// --------------------------------- CacheAspectSupport -----------------------------------
private Object execute(CacheOperationInvoker invoker,
Method method,
CacheOperationContexts contexts) {
// 1. 如果方法需要 sync 的話，此處在執(zhí)行 cache.get() 時會加鎖
// 我們可以先不看此處內(nèi)部邏輯
if (contexts.isSynchronized()) {
CacheOperationContext context = contexts.get(CacheableOperation.class).iterator().next();
if (isConditionPassing(context, CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT)) {
Object key = generateKey(context, CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT);
Cache cache = context.getCaches().iterator().next();
try {
return wrapCacheValue(method, handleSynchronizedGet(invoker, key, cache));
}
catch (Cache.ValueRetrievalException ex) {
ReflectionUtils.rethrowRuntimeException(ex.getCause());
}
}
else {
return invokeOperation(invoker);
}
}
// 2. 執(zhí)行早期的 CacheEvict
// 如果 @CacheEvict 的 beforeInvocation 屬性是 true 的話（默認是 false）
// 會在方法執(zhí)行前就執(zhí)行 CacheEvict
processCacheEvicts(contexts.get(CacheEvictOperation.class), true,
CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT);
// 3. 如果有 CacheableOperation 的話，也就是有 @Cacheable 注解的話
// 先去緩存中取緩存值，并包裝為 Cache.ValueWrapper 對象
// 如果所有的 @Cacheable 都沒有緩存值，cacheHit 將為 null
// 反過來說，但凡有一個 @Cacheable 有緩存值，cacheHit 將不為 null
Cache.ValueWrapper cacheHit = findCachedItem(contexts.get(CacheableOperation.class));
// 4. 創(chuàng)建一個 List<CachePutRequest> 集合
// 如果 cacheHit == null，此時需要把所有 @Cacheable 中對應(yīng) key 都執(zhí)行 CachePut 操作
// 所以這里會收集 CacheableOperation，并作為 CachePutOperation 塞入到 List<CachePutRequest> 中
List<CachePutRequest> cachePutRequests = new ArrayList<>();
if (cacheHit == null) {
collectPutRequests(contexts.get(CacheableOperation.class),
CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT, cachePutRequests);
}
Object cacheValue;
Object returnValue;
if (cacheHit != null && !hasCachePut(contexts)) {
// 5.1 如果緩存中的值不為空，且沒有 @CachePut
// 顯然返回值就是 cacheValue，并做一定的包裝
cacheValue = cacheHit.get();
returnValue = wrapCacheValue(method, cacheValue);
}
else {
// 5.2 其他情況，緩存中的值為空 || 有 @CachePut
// 執(zhí)行目標(biāo)方法，返回值作為新的 cacheValue，并做一定的包裝
// 這里執(zhí)行目標(biāo)方法時可能會出現(xiàn)異常，出現(xiàn)異常的情況下就不會執(zhí)行 CachePut 和 CacheEvict 操作了！??！
returnValue = invokeOperation(invoker);
cacheValue = unwrapReturnValue(returnValue);
}
// 6. 收集顯式聲明的 CachePutOperation，也就是有顯式聲明的 @CachePut
collectPutRequests(contexts.get(CachePutOperation.class), cacheValue, cachePutRequests);
// 7. 執(zhí)行 Cache.put()，處理 CachePut 和沒有緩存命中的 Cacheable
for (CachePutRequest cachePutRequest : cachePutRequests) {
cachePutRequest.apply(cacheValue);
}
// 8. 處理 @CacheEvict
// @CacheEvict 的 beforeInvocation 為 false 時，在目標(biāo)方法執(zhí)行完才執(zhí)行 CacheEvict
processCacheEvicts(contexts.get(CacheEvictOperation.class), false, cacheValue);
// 返回值
return returnValue;
}我們簡單看一下 processCacheEvicts()、findCachedItem()、cachePutRequest.apply()，他們分別對應(yīng)于對 @CacheEvict、@Cacheable、@CachePut 的處理邏輯；
1.1 processCacheEvicts()
processCacheEvicts() 用于處理 @CacheEvict 注解；
// --------------------------------- CacheAspectSupport -----------------------------------
private void processCacheEvicts(Collection<CacheOperationContext> contexts,
boolean beforeInvocation, Object result) {
for (CacheOperationContext context : contexts) {
CacheEvictOperation operation = (CacheEvictOperation) context.metadata.operation;
if (beforeInvocation == operation.isBeforeInvocation()
&& isConditionPassing(context, result)) {
performCacheEvict(context, operation, result);
}
}
}
// --------------------------------- CacheAspectSupport -----------------------------------
private void performCacheEvict(CacheOperationContext context,
CacheEvictOperation operation, Object result) {
Object key = null;
// 1. 針對每個 @CacheEvict 注解中的每個 cache 都執(zhí)行處理
for (Cache cache : context.getCaches()) {
if (operation.isCacheWide()) {
logInvalidating(context, operation, null);
doClear(cache, operation.isBeforeInvocation());
}
else {
if (key == null) {
// 2. 生成 cacheKey
key = generateKey(context, result);
}
logInvalidating(context, operation, key);
// 3. 執(zhí)行 doEvict()
doEvict(cache, key, operation.isBeforeInvocation());
}
}
}1.2 findCachedItem()
findCachedItem() 用于處理 @Cacheable 注解；
// --------------------------------- CacheAspectSupport -----------------------------------
private Cache.ValueWrapper findCachedItem(Collection<CacheOperationContext> contexts) {
Object result = CacheOperationExpressionEvaluator.NO_RESULT;
// 1. 遍歷所有的 CacheOperationContext
for (CacheOperationContext context : contexts) {
if (isConditionPassing(context, result)) {
Object key = generateKey(context, result);
// 2. 如果命中了一個 @Cacheable 緩存，直接返回緩存值
Cache.ValueWrapper cached = findInCaches(context, key);
if (cached != null) {
return cached;
}
else {
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("No cache entry for key in cache(s) " + context.getCacheNames());
}
}
}
}
// 3. 都沒命中，返回 null
return null;
}
// --------------------------------- CacheAspectSupport -----------------------------------
private Cache.ValueWrapper findInCaches(CacheOperationContext context, Object key) {
// 遍歷 @Cacheable 中所有的 cache
// 有一個 cache 有緩存值就返回該緩存值
for (Cache cache : context.getCaches()) {
Cache.ValueWrapper wrapper = doGet(cache, key);
if (wrapper != null) {
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Cache entry for key found in cache '" + cache.getName());
}
return wrapper;
}
}
return null;
}1.3 cachePutRequest.apply()
cachePutRequest.apply() 用于處理 @CachePut 注解；
public void apply(@Nullable Object result) {
if (this.context.canPutToCache(result)) {
// 遍歷 @CachePut 中所有的 cache，執(zhí)行 doPut()
for (Cache cache : this.context.getCaches()) {
doPut(cache, this.key, result);
}
}
}三. 補充
1. 方法返回值為null，會緩存嗎
會緩存；
如果方法返回值為 null，此時 Cache.ValueWrapper 值如下：由于此圖無法加載暫時不展示。
它是一個 SimpleValueWrapper，value 值是 null；
但是如果將注解改成如下，就不會緩存 null 值；
// result == null 的話不進行緩存 @Cacheable(cacheNames = "demoCache", key = "#id",unless = "#result == null")
2. @Cacheable注解sync=true的效果
在多線程環(huán)境下，某些操作可能使用相同參數(shù)同步調(diào)用（相同的key），默認情況下，緩存不鎖定任何資源，可能導(dǎo)致多次計算，對數(shù)據(jù)庫造成訪問壓力。對于這些特定的情況，屬性 sync 可以指示底層將緩存鎖住，使只有一個線程可以進入計算，而其他線程堵塞，直到返回結(jié)果更新到緩存中。
3. 注解可以重復(fù)標(biāo)注嗎
不同的注解可以標(biāo)注多個，且都能生效；相同的注解不行，編譯器會直接報錯；如果需要相同注解標(biāo)注多個等更復(fù)雜的場景，可以使用 @Caching 注解組合注解；
@CachePut(cacheNames = "demoCache", key = "#id") // 不同的注解可以標(biāo)注多個
//@Cacheable(cacheNames = "demoCache", key = "#id") // 相同注解標(biāo)注兩個是不行的 因為它并不是@Repeatable的
@Cacheable(cacheNames = "demoCache", key = "#id")
@Override
public Object getFromDB(Integer id) {
System.out.println("模擬去db查詢~~~" + id);
return "hello cache...";
}編譯器會直接報錯，此圖暫時不展示。
到此這篇關(guān)于Spring Cache原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Spring Cache原理內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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