- [Spring Cache](#spring-cache)
  - [Cache Abstract](#cache-abstract)
    - [使用cache abstraction的要点](#使用cache-abstraction的要点)
  - [缓存可能会存在的问题](#缓存可能会存在的问题)
  - [基于声明式注解的缓存](#基于声明式注解的缓存)
    - [@Cacheable](#cacheable)
      - [默认的key生成](#默认的key生成)
      - [自定义key生成的方式](#自定义key生成的方式)
      - [sync caching](#sync-caching)
      - [condition cache](#condition-cache)
      - [@Cacheable和Optional](#cacheable和optional)
    - [@CachePut](#cacheput)
    - [@CacheEvict](#cacheevict)
    - [@Caching](#caching)
    - [@CacheConfig](#cacheconfig)
    - [@EnableCaching](#enablecaching)
  - [配置cache 存储](#配置cache-存储)
    - [Cache Redis](#cache-redis)

# Spring Cache
## Cache Abstract
Cache针对java方法进行缓存，当想要获取的信息在cache中可获取时，可以从cache中进行获取，从而降低了java方法的执行次数。  
每次在目标方法执行时，cache abstraction应用了一个cache check，检查该方法是否已经通过指定参数调用过。如果该方法已经通过指定参数调用过，会直接从缓存中获取已缓存的执行结果，而无需重复的调用方法。如果该方法尚未被调用过，那么调用该方法，并且将该方法的返回结果添加到缓存中，从而在方法下次调用时直接从cache中获取值。  
通过cache，可以缓存开销较高的方法结果（io开销较高和cpu开销较高的方法结果均可被缓存），cache逻辑对于调用者来说是透明的。
> cache abstraction提供了一系列缓存相关的api，可以对cache内容进行更新或是移除，当缓存数据内容会改变的情况下这些api会很有用。

在spring中，cache abstraction的caching service是一个抽象接口而不是实现，需要使用实际的storage来对缓存数据进行存储。  
spring提供了cache abstraction的一系列实现，例如基于JDK java.util.concurrent.ConcurrentMap的缓存、Caffeine等
### 使用cache abstraction的要点
1. cache声明：表示需要使用cache的方法，并且指明cache策略
2. cache配置：将cache数据存储到何处，并从何处读取
## 缓存可能会存在的问题
在使用缓存时，可能会面临如下问题：
- 多进程环境问题：在多进程环境之下（如微服务在多个server上部署服务）使用缓存时，如果想要缓存在多个节点之间进行共享，需要解决缓存的共享问题
- 并发安全问题：使用缓存实际上是get-if-not-found-then-proceed-and-put-eventually的过程，在这个过程中并不会加锁，故而会存在并发安全的问题。如果多个线程都同时发生缓存miss的问题，那么同一个方法会背调用多次并且返回结果会背load多次；淘汰时同样会面临竞争问题，并发环境下如果有一个线程想要淘汰过时key，但另一个线程load了最新的value并更新ttl，那么更新后的key仍有可能被淘汰。
## 基于声明式注解的缓存
### @Cacheable
可以使用@Cacheable将方法声明为可缓存的，在将方法声明为@Cacheable之后，方法的返回结果会被存储到缓存中。在一系列具有相同参数的调用中，cache中缓存的值将会被返回，而无需真的调用方法。  
在@Cacheable注解最简单的使用场景中，需要指明和方法关联的cache name：
```java
// 如下示例中，findBook方法将会和名为books的缓存相关联
@Cacheable("books")
public Book findBook(ISBN isbn) {...}
```
> 虽然大多数场景下@Cacheable注解只会指定一个cache name，但是**也能为@Cacheable注解指定多个cache**。当任一缓存命中时，关联的值都会被返回。  
> 即使其他缓存没有命中，该命中值也会添加到所有其他缓存中（方法并未被实际调用）

如下实例为@Cacheable方法指定了多个cache：
```java
@Cacheable({"books", "isbns"})
public Book findBook(ISBN isbn) {...}
```
#### 默认的key生成
缓存实际上是通过key-value的形式存储的，每次对cached method的调用都需要被转化为一个合适的key。cache abstraction通过使用SimpleKeyGenerator来生成key，该generator生成算法如下：
- 如果没有给定参数，那么返回SimpleKey.EMPTY
- 如果给定了一个参数，返回该参数
- 如果指定了多于一个参数，那么返回一个包含所有参数的SimpleKey

该算法在大多数用例之下运行正常，只要参数含有正常key并且具有有效的hashCode和equals实现。
#### 自定义key生成的方式
当在cached method的参数中，仅仅只有一部分参数应参与key的生成，另一部分不参与时，可以通过指定@Cacheable注解的key属性来指定如何生成key。可以在key属性中使用spel表达式：
```java
@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)
```
#### sync caching
在使用@Cacheable时，默认情况下cached method并没有使用任何lock。可以使用@Cacheable注解的sync属性来指示底层的缓存provider在value被计算时锁定指定条目（防止在竞争场景下同一个值被重复计算）。
```java
@Cacheable(cacheNames="foos", sync=true) 
public Foo executeExpensiveOperation(String id) {...}
```
#### condition cache
可以通过指定@Cacheable注解的condition属性来指定该方法调用是否被缓存。condition可以为其指定一个spel表达式，如果表达式结果为true，该方法调用被缓存，否则不被缓存。
```java
// 仅当name参数的长度小于32时被缓存
@Cacheable(cacheNames="book", condition="#name.length() < 32") 
public Book findBook(String name)
```
还可以使用unless属性来阻止方法被缓存，unless同样可以为其指定一个spel表达式。unless在方法调用完成之后被计算，可以通过#result来根据方法返回结果决定是否缓存该方法：
```java
@Cacheable(cacheNames="book", condition="#name.length() < 32", unless="#result.hardback") 
public Book findBook(String name)
```
#### @Cacheable和Optional
cache abstraction支持Optional类型，如果Optional对象的value不为空，那么value将会被存储到cache中，如果Optional为空，那么null将会被存储到管来奶的cache中。  
在@Cacheable的spel表达式中，#result获取的是Optional对象的value而不是wrapper。
```java
@Cacheable(cacheNames="book", condition="#name.length() < 32", unless="#result?.hardback")
public Optional<Book> findBook(String name)
```
### @CachePut
在不影响方法执行的情况下，要将方法的执行结果更新到cache中，可以使用@CachePut注解。标注了@CachePut的方法总会被执行，并且执行的返回结果会被更新到cache中。  
@CachePut注解支持和@Cacheable相同的参数，且@CachePut用于的是缓存的注入，而不应用于优化方法流程。  
@CachePut的使用如下所示：
```java
@CachePut(cacheNames="book", key="#isbn")
public Book updateBook(ISBN isbn, BookDescriptor descriptor)
```
> @CachePut注解和@Cacheable注解通常情况下不应用于同一方法上

### @CacheEvict
cache abstraction不仅支持缓存的注入，而且支持缓存的淘汰，该淘汰过程可以从缓存中移除过时或未使用的数据。  
@CacheEvict注解具有allEntries属性，将该属性标记为true可以逐出所有的缓存条目：
```java
// 该场景下，cache中的条目将会被清空
// 该场景下并不是依此逐出所有的key，而是一次性清空所有缓存
@CacheEvict(cacheNames="books", allEntries=true) 
public void loadBooks(InputStream batch)
```
可以为@CacheEvict注解指定beforeInvocation属性，来指定该eviction行为是否应该在@CacheEvict方法被调用之前执行：
- 默认情况下，beforeInvocation属性的默认值为false，eviction操作在方法成功返回之后才执行（如果该方法被cached或执行时抛出异常，eviction操作不会执行）
- 如果beforeInvocation属性被设置为true，代表该eviction行为在方法被调用之前就会被执行
### @Caching
如果想要指定同一类型的多个注解（例如@CacheEvict或CachePut），例如对不同的cache，condition和key expression不同。  
@Caching注解允许对同一方法内嵌多个@Cacheable、@CachePut、@CacheEvict注解，使用示例如下：
```java
@Caching(evict = { @CacheEvict("primary"), @CacheEvict(cacheNames="secondary", key="#p0") })
public Book importBooks(String deposit, Date date)
```
### @CacheConfig
在使用cache注解时，可能在同一个类中需要为所有cache operation指定相同的选项（例如为类中所有的cache注解指定相同的cache name）。此时，可以通过一个class-level的@CacheConfig注解来指定类中所有cache operation的相同选项：
```java
@CacheConfig("books") 
public class BookRepositoryImpl implements BookRepository {

    @Cacheable
    public Book findBook(ISBN isbn) {...}
}
```
> 通过@CacheConfig注解指定的属性可以在cache operation中被覆盖

### @EnableCaching
想要在项目中启用所有的缓存注解，需要在一个@Configuration类上指定@EnableCaching注解
## 配置cache 存储
cache abstraction提供了一些存储集成选项。如果没有指定任何cache library，那么spring boot会自动装配一个simple provider，该provider使用concurrent map来进行缓存存储。当需要一个cache时，cache provider会创建一个cache并返回给调用者。
### Cache Redis
如果redis在项目中配置并且可以获取，那么spring boot会自动配置一个RedisCacheManager。可以在启动时配置其他cache，通过在properties文件中指定spring.cache.cache-names属性，并且cache的默认属性可以通过spring.cache.redis.*属性来进行配置：
```properties
spring.cache.cache-names=cache1,cache2
spring.cache.redis.time-to-live=10m
```
> 默认情况下，对于不同的cache，会添加一个key前缀，继而如果两个不同的cache使用相同的key，不会出现key冲突的情况

如果想要更细粒度的对cache进行配置，可以通过如下方式进行配置：
```java
@Configuration(proxyBeanMethods = false)
public class MyRedisCacheManagerConfiguration {

    @Bean
    public RedisCacheManagerBuilderCustomizer myRedisCacheManagerBuilderCustomizer() {
        return (builder) -> builder
                .withCacheConfiguration("cache1", RedisCacheConfiguration
                        .defaultCacheConfig().entryTtl(Duration.ofSeconds(10)))
                .withCacheConfiguration("cache2", RedisCacheConfiguration
                        .defaultCacheConfig().entryTtl(Duration.ofMinutes(1)));

    }

}
```