緩存的基本思想其實是以空間換時間。我們知道，IO的讀寫速度相對內存來說是非常比較慢的，通常一個web應用的瓶頸就出現在磁盤IO的讀寫上。那么，如果我們在內存中建立一個存儲區，將數據緩存起來，當瀏覽器端由請求到達的時候，直接從內存中獲取相應的數據，這樣一來可以降低服務器的壓力，二來，可以提高請求的響應速度，提升用戶體驗。

緩存的分類

• 數據庫數據緩存

一般來說，web應用業務邏輯業務邏輯比較復雜，數據庫繁多，要獲取某個完整的數據，往往要多次讀取數據庫，或者使用極其復雜效率較低的SQL查詢語句。為了提高查詢的性能，將查詢后的數據放到內存中進行緩存，下次查詢時，直接從內存緩存直接返回，提高響應效率。

• 應用層緩存

應用層緩存主要針對某個業務方法進行緩存，有些業務對象邏輯比較復雜，，可能涉及到多次數據庫讀寫或者其他消耗較高的操作，應用層緩存可以將復雜的業務邏輯解放出來，降低服務器壓力。

• 頁面緩存

除了IO外，web應用的另一大瓶頸就是頁面模板的渲染。每次請求都需要從業務邏輯層獲取相應的model，并將其渲染成對應的HTML。一般來說，web應用讀取數據的需求比更新數據的需求大很多，大多數情況下，某個請求返回的HTML是一樣的，因此直接將HTML緩存起來也是緩存的一個主流做法。

• 代理服務器緩存

代理服務器是瀏覽器和源服務器之間的中間服務器，瀏覽器先向這個中間服務器發起Web請求，經過處理后（比如權限驗證，緩存匹配等），再將請求轉發到源服務器。代理服務器緩存的運作原理跟瀏覽器的運作原理差不多，只是規模更大。可以把它理解為一個共享緩存，不只為一個用戶服務，一般為大量用戶提供服務，因此在減少相應時間和帶寬使用方面很有效，同一個副本會被重用多次。

• CDN緩存

CDN（ Content delivery networks ）緩存，也叫網關緩存、反向代理緩存。瀏覽器先向CDN網關發起Web請求，網關服務器后面對應著一臺或多臺負載均衡源服務器，會根據它們的負載請求，動態將請求轉發到合適的源服務器上。雖然這種架構負載均衡源服務器之間的緩存沒法共享，但卻擁有更好的處擴展性。

基于spring的緩存

spring作為一個成熟的java web 框架，自身有一套完善的緩存機制，同時，spring還未其他緩存的實現提供了擴展。接下來，讓我們在一個簡單的學生管理系統中嘗試spring的數據庫緩存、應用層緩存、頁面緩存的實現。

基于spring的Web緩存

源程序簡介

本節課我們來看看一個簡單的學生管理系統，改系統使用了Spring+JPA+EhCache的架構對數據庫進行了緩存。大家可以直接下載源碼進行學習。

數據庫準備

測試程序使用了mysql作為數據庫，安裝好mysql后，建立一個空白的 數據庫，例如cache。

建好數據庫后，修改src/main/resources/application.properties的數據庫配置

spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost/cache?useUnicode=true&characterEncoding=utf8 spring.datasource.username=root spring.datasource.password=

利用maven啟動程序

該系統利用maven作為構建工具，如果對maven沒有了解的同學可以自行了解一下，我們會利用maven進行整個項目的構建以及運行。因此需要大家下載安裝maven。

安裝完成后，打開命令行，進入程序所在目錄，輸入以下命令：

mvn spring-boot:run

打開瀏覽器，訪問以下http://localhost:8111/blogs即可看到最初的博客列表頁面

直接運行?com.tmy.App.java

如果你成功的將項目作為一個maven項目導入進eclipse，直接運行com.tmy.App.java也可以將項目啟動起來。

注意，如果希望將項目導入進eclipse，需要為eclipse添加maven插件，否則會出現依賴的類找不到的問題。

頁面列表

以下是程序所提供的所有頁面以及相關說明：

http://localhost:8111/blogs //沒有加緩存的博客列表頁面 http://localhost:8111/blogs/dao //添加了數據層緩存 http://localhost:8111/blogs/service?test=test //添加了服務層緩存 http://localhost:8111/blogs/service/update?test=test //更新服務層緩存 http://localhost:8111/blogs/service/evict?test=test //刪除服務層緩存 http://localhost:8111/blogs/service/test?test=test //刪除服務層緩存的同時更新緩存 http://localhost:8111/blogs/page //添加了頁面緩存 http://localhost:8111/blogs/page/update //清空頁面緩存 http://localhost:8111/blogs/page/delete //清空頁面緩存

涉及到的技術

• maven

maven是目前主流java的構建工具之一，如果對maven沒有了解的同學可以自行了解一下，接下來我們會利用maven進行整個項目的構建以及運行。

• spring boot

spring boot是spring的一個子項目，其目的是spring應用的初始搭建以及開發過程，如果你想自己搭建一個基于spring的應用，強烈建議學習一下在《java web 全棧開發》這門課程，教你如何從對spring零基礎到搭建好一個完整的spring web應用。這里，我們只需知道mvn spring-boot:run命令可以將系統run起來即可。

• Spring

Spring作為目前主流的java web框架，大家應該都很了解，這里不做過多介紹。

• JPA

JPA全稱Java Persistence API，JPA通過JDK 5.0注解或XML描述對象－關系表的映射關系，并將運行期的實體對象持久化到數據庫中。本門課程主要講基于spring的數據庫緩存，對于JPA的內容不做過多的涉及。

• EhCache

EhCache 是一個純Java的進程內緩存框架，具有快速、精干等特點。我們的學生管理系統將利用EhCache對數據庫層進行緩存。

配置EhCache

對EhCache的依賴

上一節我們講到很多技術，這里我們主要的依賴是指對EhCache的依賴，需要在Spring項目中引入EhCache，在pom.xml中加入以下代碼即可：

<dependency> <groupId>org.hibernate</groupId> <artifactId>hibernate-ehcache</artifactId> </dependency>

配置CacheManager

添加ehcache配置文件

在src/main/resources下添加文件ehcache.xml：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <ehcache xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://ehcache.org/ehcache.xsd" name="CM1" updateCheck="false" maxBytesLocalHeap="16M"> <diskStore path="/data/app/cache/ehcache"/> <defaultCache eternal="false" overflowToDisk="false" maxElementsInMemory="10000" timeToIdleSeconds="3600" timeToLiveSeconds="36000" /> </ehcache>

encache可以對以下參數進行配置：

• name

緩存名稱

• maxElementsInMemory

內存中最大緩存對象數

• maxElementsOnDisk

硬盤中最大緩存對象數，若是0表示無窮大

• eternal

true表示對象永不過期，此時會忽略timeToIdleSeconds和timeToLiveSeconds屬性，默認為false

• overflowToDisk

true表示當內存緩存的對象數目達到了maxElementsInMemory界限后，會把溢出的對象寫到硬盤緩存中。注意：如果緩存的對象要寫入到硬盤中的話，則該對象必須實現了Serializable接口才行。

• diskSpoolBufferSizeMB

磁盤緩存區大小，默認為30MB。每個Cache都應該有自己的一個緩存區。

• diskPersistent

是否緩存虛擬機重啟期數據

• diskExpiryThreadIntervalSeconds

磁盤失效線程運行時間間隔，默認為120秒

• timeToIdleSeconds

設定允許對象處于空閑狀態的最長時間，以秒為單位。當對象自從最近一次被訪問后，如果處于空閑狀態的時間超過了timeToIdleSeconds屬性值，這個對象就會過期，EHCache將把它從緩存中清空。只有當eternal屬性為false，該屬性才有效。如果該屬性值為0，則表示對象可以無限期地處于空閑狀態

• timeToLiveSeconds

設定對象允許存在于緩存中的最長時間，以秒為單位。當對象自從被存放到緩存中后，如果處于緩存中的時間超過了 timeToLiveSeconds屬性值，這個對象就會過期，EHCache將把它從緩存中清除。只有當eternal屬性為false，該屬性才有效。如果該屬性值為0，則表示對象可以無限期地存在于緩存中。timeToLiveSeconds必須大于timeToIdleSeconds屬性，才有意義

• memoryStoreEvictionPolicy

當達到maxElementsInMemory限制時，Ehcache將會根據指定的策略去清理內存。可選策略有：LRU（最近最少使用，默認策略）、FIFO（先進先出）、LFU（最少訪問次數）。

添加cacheManager

首先，我們要通過@EnableCaching標注將Spring通過標注進行緩存管理的功能打開，以方便我們之后通過標注添加數據庫緩存。

然后，為CacheConfiguration添加@Configuration標注，打開CacheConfiguration內@Bean的功能。

生成一個CacheManager的實例。

最后，在web app銷毀的時候銷毀cacheManager。

@Configuration @EnableCaching public class CacheConfiguration { private net.sf.ehcache.CacheManager cacheManager; @PreDestroy public void destroy() { cacheManager.shutdown(); } @Bean public CacheManager cacheManager() { cacheManager = net.sf.ehcache.CacheManager.create(); EhCacheCacheManager ehCacheManager = new EhCacheCacheManager(); ehCacheManager.setCacheManager(cacheManager); return ehCacheManager; } }

數據層緩存實現

添加ehcache設置

首先，我們需要在EhCache中設置一塊區域來存放緩存，在src/main/resources/ehcache.xml中添加如下配置：

<cache name="com.tmy.model.User"></cache> <cache name="com.tmy.model.Blog"></cache>

Hibernate的一級緩存和二級緩存

Hibernate提供了兩級緩存，第一級是Session的緩存。由于Session對象的生命周期通常對應一個數據庫事務或者一個應用事務，因此它的緩存是事務范圍的緩存。第一級緩存是必需的，hibernate會默認提供好。

第二級緩存是一個可插拔的的緩存插件，它是由SessionFactory負責管理。由于SessionFactory對象的生命周期和應用程序的整個過程對應，因此第二級緩存是進程范圍或者集群范圍的緩存。這個緩存中存放的對象的松散數據第二級緩存是可選的，可以在每個類或每個集合的粒度上配置第二級緩存。

打開二級緩存

我們可以通過為entry對象添加標注的方式打開二級緩存：

@org.hibernate.annotations.Cache(usage = CacheConcurrencyStrategy.NONSTRICT_READ_WRITE)

二級緩存一共有以下5種策略：

• CacheConcurrencyStrategy.NONE

不使用緩存，默認的緩存策略

• CacheConcurrencyStrategy.READ_ONLY

只讀模式，在此模式下，如果對數據進行更新操作，會有異常

• CacheConcurrencyStrategy.READ_WRITE

讀寫模式在更新緩存的時候會把緩存里面的數據換成一個鎖，其它事務如果去取相應的緩存數據，發現被鎖了，直接就去數據庫查詢

• CacheConcurrencyStrategy.NONSTRICT_READ_WRITE

不嚴格的讀寫模式則不會的緩存數據加鎖

• CacheConcurrencyStrategy.TRANSACTIONAL

事務模式指緩存支持事務，當事務回滾時，緩存也能回滾

指定cache region factory

然后，在src/main/resources/application.properties中為cache指定一個factory：

spring.jpa.properties. =org.hibernate.cache.ehcache.SingletonEhCacheRegionFactory

性能對比

第一次訪問

第一次訪問http://localhost:8111/blogs時，waiting也就是服務器響應的時間為2.82秒，耗時較多。

注意：這里消耗2.82秒的原因是：在Blog對象中添加了對成員creator添加了@ManyToOne的標注，因此，當通過JPA獲取blog對象后，JPA還會請求一次SQL查詢，去user表中獲取user信息，將user填充進來，而為了效果更加明顯，系統在添加測試數據時為每個blog都添加了不同的user，導致sql請求大大增加，處理時間也大大增加

多次訪問未緩存頁面

多次訪問http://localhost:8111/blogs后，服務器響應時間大大減少，基本保持在700毫秒左右：

這是因為mysql實際上幫我們做了緩存的工作，因此，多次訪問后，服務器響應時間會大大減少。如果大家有興趣，可以自行搜索mysql緩存相關的內容。

多次訪問已緩存頁面

那么，在多次訪問http://localhost:8111/blogs/dao后，訪問時間基本保持在100多毫秒，比沒有緩存的頁面效率高了5倍左右，比第一次訪問效率高了20倍以上。

服務層緩存實現

Spring緩存的相關標注

Spring 提供了一套標注來保住我們快速的實現緩存系統：

• @Cacheable?觸發添加緩存的方法
• @CacheEvict?觸發刪除緩存的方法
• @CachePut?在不干涉方法執行的情況下更新緩存
• @Caching?組織多個緩存標注的標注
• @CacheConfig?在class的層次共享緩存的設置

接下來我們來看緩存的具體實現。

添加ehcache設置

和數據層緩存一樣，需要在內存中設置一塊區域來存放service的緩存，在src/main/resources/ehcache.xml中添加如下配置：

<cache name="com.tmy.service.allBlogs"></cache>

為某個方法添加緩存

首先，在BlogWithCacheService上添加@CacheConfig(cacheNames = "com.tmy.service.allBlogs")標注，表明在BlogWithCacheService中的方法的緩存都是放在com.tmy.service.allBlogs區域中。

在需要緩存的方法上添加@Cacheable標注：

@Cacheable(key = "#justTest") public List<BlogWithoutCache> findAll(String justTest){ return blogRepository.findAll(); }

當第一次調用該方法后，其返回值就會添加進緩存當中，當第二次調用時就能直接從緩存中獲取對象了。為了測試緩存功能，我們為findAll方法添加了一個參數，這里我們將這個參數作為緩存的key。除了用參數之外，Spring還提供了其他解析方式來生成key：

• 被調用方法的名稱?#root.methodName
• 被調用的方法?#root.method.name
• 被調用的目標對象?#root.target
• 被調用的對象的類名?#root.targetClass
• 被調用方法的參數?#root.args[0]
• 被調用方法所用的緩存?#root.caches[0].name
• 被調用方法的參數名?#arg
• 調用后的結果（該參數只在unless參數或者@CachePut標注中才能使用）?#result

更新緩存

添加進緩存后，在update方法中添加@CachePut標注可以更新相應的緩存，同樣，我們還是使用傳進來的參數來更新相應的緩存：

@CachePut(key = "#justTest") public List<BlogWithoutCache> updateAll(String justTest){ BlogWithoutCache blog = new BlogWithoutCache(); blog.setContent("這是不存在的博客"); blog.setTitle("謹慎使用這個方法"); return Lists.newArrayList(blog); }

刪除緩存

在某些情況下，我們還需要刪除緩存，@CacheEvict可以干這件事情：

@CacheEvict(key = "#justTest") public void evictAll(String justTest){ }

組織多種緩存操作

如果你想在一個方法中同時對緩存做多種操作，Spring支持使用@Caching來組織這些操作：

@Caching(evict = @CacheEvict(key="#justTest"), put = @CachePut(key="test")) public List<BlogWithoutCache> testForCaching(String justTest){ BlogWithoutCache blog = new BlogWithoutCache(); blog.setContent("這是不存在的博客"); blog.setTitle("謹慎使用這個方法"); return Lists.newArrayList(blog); }

性能對比

多次訪問service層緩存頁面

在多次訪問http://localhost:8111/blogs/service?test=test后，服務器的訪問時間基本保持在100毫秒以下，根據上次實驗可以發現，其效率甚至比加了數據層緩存后還要高。

更新緩存

更新緩存前，訪問http://localhost:8111/blogs/service?test=test頁面，看下以下博客：

訪問http://localhost:8111/blogs/service/update?test=test更新緩存，再次訪問http://localhost:8111/blogs/service?test=test，將發現數據庫沒有變化，但是返回的博客列表發生了變化：

刪除緩存

現在緩存對象已經被玩壞了，讓我們訪問http://localhost:8111/blogs/service/evict?test=test緩存的對象給刪掉，再次訪問http://localhost:8111/blogs/service/update?test=test，我們發現博客列表重新變為正確的列表，同時服務器響應時間變成和沒有做緩存時一致：

頁面緩存的實現

添加緩存空間

同樣，第一件事情讓我們添加一下緩存的空間：

<cache name="com.tmy.mapper.allBlogs"></cache>

PageCachingFilter

ehcache為我們提供了幾個緩存頁面的filter，使用這些filter實現緩存：

• SimplePageCachingFilter

最基本的頁面緩存filter實現，其滿足大部分頁面緩存的需求，該filter只緩存頁面，不會修改herder的 ETag、Last-Modified、Expires屬性

• SimplePageCachingFilterWithBlankPageProblem

當response沒有提交時寫入緩存，否則不寫緩存，該緩存可能導致空白頁的錯誤，需要特別注意！

• SimplePageFragmentCachingFilter

專門針對那些不獨立存在，只是被include到其他頁面的頁面緩存

• SimpleCachingHeadersPageCachingFilter

SimplePageCachingFilter的擴展，會填寫herder的 ETag、Last-Modified、Expires屬性，可以進一步減少瀏覽器的訪問次數

自定義的PageCachingFilter

以上filter會在filter初始化的時候通過FilterConfig對緩存進行初始化，為了在SpringBoot中方便的通過注解去實例化這些Filter，我們將CacheName的獲取做一個定制：

public class CustomPageCachingFilter extends SimpleCachingHeadersPageCachingFilter { private final String customCacheName; public CustomPageCachingFilter(String name){ this.customCacheName = name; } @Override protected String getCacheName() { return customCacheName; } }

這樣，我們就能很方便的注入cacheName了。

EhCache只提供了添加緩存的Filter，但是并沒有提供刪除緩存的Filter，沒關系，讓我們來自己實現一個：

public class ClearPageCachingFilter implements Filter { private final CacheManager cacheManager; private final String customCacheName; public ClearPageCachingFilter(String name){ this.customCacheName = name; cacheManager = CacheManager.getInstance(); assert cacheManager != null; } @Override public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {} @Override public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException { Ehcache ehcache = cacheManager.getEhcache(customCacheName); ehcache.removeAll(); } @Override public void destroy() {} }

現實情況URL的設計是極其復雜的，我們在這里就簡單粗暴的將所有cache直接刪除，如果緩存設計的比較好，最好可以通過ehcache.remove(key);的方式對cache進行管理。

添加Filter

我們目前使用標注的方式對Filter以及Filter mapping進行管理，目前我們只緩存/blogs/page這一個頁面：

@Configuration @AutoConfigureAfter(CacheConfiguration.class) public class PageCacheConfiguration { @Bean public FilterRegistrationBean registerBlogsPageFilter(){ CustomPageCachingFilter customPageCachingFilter = new CustomPageCachingFilter("com.tmy.mapper.allBlogs"); FilterRegistrationBean filterRegistrationBean = new FilterRegistrationBean(); filterRegistrationBean.setFilter(customPageCachingFilter); filterRegistrationBean.setUrlPatterns(Lists.newArrayList("/blogs/page")); return filterRegistrationBean; } @Bean public FilterRegistrationBean registerClearBlogsPageFilter(){ ClearPageCachingFilter clearPageCachingFilter = new ClearPageCachingFilter("com.tmy.mapper.allBlogs"); FilterRegistrationBean filterRegistrationBean = new FilterRegistrationBean(); filterRegistrationBean.setFilter(clearPageCachingFilter); filterRegistrationBean.setUrlPatterns(Lists.newArrayList("/blogs/page/update", "/blogs/page/delete")); return filterRegistrationBean; } }

從以上配置可以看出，我們為/blogs/page注冊了一個添加緩存的Filter，/blogs/page請求將被緩存到內存當中。同時，為/blogs/page/update以及/blogs/page/delete注冊了清空緩存的Filter，當訪問這兩個url時，將清空所有的緩存。

性能對比

訪問被緩存的頁面

訪問http://localhost:8111/blogs/page，刷新，我們可以看到，服務器的響應時間只需要4毫秒，是mysql緩存、數據層緩存、服務層緩存當中最好的。

清空緩存后第一次訪問

我們可以將以上幾種緩存結合起來一起使用，http://localhost:8111/blogs/page，該請求已經結合了以上三種緩存的實現。因此，當我們訪問http://localhost:8111/blogs/page/update清空頁面緩存時，再次訪問http://localhost:8111/blogs/page也只需要100多毫秒，此時頁面緩存沒有命中，但是service層緩存命中。

總結

就實踐看來，數據層緩存、服務層緩存、頁面緩存一層比一層更加高效，但是由于其實現越來越復雜，需要考慮的情況也越來越多，因此，其設計也越來越復雜。

從服務層緩存的實現@CachePut實現來看，在這一層需要我們配置的東西越來越多，已經有很大可能出現數據不一致的現象。而頁面緩存的復雜性相對服務層緩存又高了一個層級，因此在針對緩存進行設計的時候，不僅僅考慮緩存所帶來的性能提升，還要考慮到更新緩存所帶來的性能損失。而且在實踐當中，不是數據層緩存、服務層緩存、頁面緩存越多越好，需要根據實際情況做出選擇。

轉載于:https://www.cnblogs.com/duyinqiang/p/5696473.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于Spring的Web缓存的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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