32.3 基于声明式注解的缓存

对于缓存声明，抽象提供了一组 Java 注解：

• @Cacheable 触发缓存机制
• @CacheEvict 触发缓存回收
• @CachePut 更新缓存，而不会影响方法的执行
• @Caching 组合多个缓存操作到一个方法
• @CacheConfig 类级别共享系诶常见的缓存相关配置

下面，让我们仔细看看每个注释。

32.3.1 @Cacheable 注解

顾名思义，@Cacheable 用于标识可缓存的方法 - 即需要将结果存储到缓存中的方法，以便于再一次调用（具有相同的输入参数）时返回缓存结果，而无需执行该方法。在最简单的形式中，注解声明需要定义与注解方法相关联的缓存名称：

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

在上面的代码中，findBook 与名为 books 的缓存相关。每次调用该方法时，都会检查缓存以查看调用是否已经被执行，并且不必重复。而在大多数情况下，只有一个缓存被声明，注解允许指定多个名称，以便使用多个缓存。在这种情况下，执行该方法之前将检查每个高速缓存 - 如果至少有一个缓存被命中，则返回缓存相关的值：

注意：即使没有实际执行缓存方法，所有其他不包含该值的缓存也将被更新。

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

默认键生成

缓存的本质是键值对存储，所以每次调用缓存方法都会转换作用于缓存访问合适的键。开箱即用，缓存抽象使用基于以下算法的简单 KeyGenerator:

• 如果没有参数，返回 SimpleKey.EMPTY
• 如果只有一个参数，返回该实例
• 如果大于一个参数，返回一个包含所有参数的 SimpleKey

这种算法对大多数用例很适用，只要参数具有自然键并实现了有效的 hashCode() 和 equals() 方法。如果不是这样，策略就需要改变。
要提供不同的默认密钥生成器，需要实现org.springframework.cache.interceptor.KeyGenerator接口。

Spring 4.0 的发布，默认键生成策略发生了变化。Spring 早期版本使用的键生成策略对于多个关键参数，只考虑了参数的 hashCode() ，而没有考虑 equals() 。这可能会导键碰撞（参见 SPR-10237 资料）。新的 SimpleKeyGenerator 对这种场景使用了复合键。
如果要继续使用以前的键策略，可以配置不推荐使用的 org.springframework.cache.interceptor.DefaultKeyGenerator 类或者创建基于哈希的自定义 KeyGenerator 的实现

自定义键生成声明

缓存是通用的，因此目标方法可能有不能简单映射到缓存结构之上的签名。当目标方法具有多个参数时，这一点往往变得很明显，其中只有一些参数适合于缓存（其他的仅由方法逻辑使用）。例如：

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

第一眼看代码，虽然两个 boolean 参数影响了该 findBook 方法，但对缓存没有任何用处。更进一步，如果两者之中只有一个是重要的，另一个不重要呢？

这种情况下，@Cacheable 注解只允许用户通过键属性指定 key 的生成方式。开发人员可以使用 SpEL 来选择需要的参数（或其嵌套属性），执行参数设置调用任何方法，无需编写任何代码或者实现人任何接口。这是默认键生成器推荐的方法，因为方法在代码库的增长下，会有完全不同的方法实现。而默认策略可能适用于某些方法，并不是适用于所有的方法。

这里是 SpEL 声明的一些示例 - 如果你不熟悉它，查阅Chapter 6, Spring Expression Language (SpEL)：

@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)

上面代码片段显示了选择某个参数，或参数的某个属性值或任意（静态）方法，如此方便操作。

如果生成键的算法太具体或者需要共享，可以操作中定义一个自定定义的 keyGenerator。为此，请指定要使用的 KeyGenerator Bean 实现的名称：

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

key 和 keyGenerator 的参数是互斥的，指定两者的同样的操作将导致异常。

默认缓存解析

开箱即用，缓存抽象使用一个简单的 CacheResolver,在 CacheManager 可以配置操作级别来检索缓存。

需要不同的默认缓存解析器，需要实现接口org.springframework.cache.interceptor.CacheResolver 。

自定义缓存解析

默认缓存解析适用于使用单个 CacheManager 并且应用在不需要复杂缓存解析的应用程序。

对于使用多个缓存管理器的应用，可以为每个操作设置一个 cacheManager:

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

也可以完全以与键生成类似的方式来替换 CacheResolver。每个缓存操作都要求缓存解析，基于运行时参数的缓存解析:

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

自 Spring 4.1 以后，缓存注解的属性值是不必要的，因为 CacheResolver 可以提供该特定的信息，无论注解的内容是什么。与 key 和 keyGenerator 类似，cacheManager 和 cacheResolver 参数是互斥的，并且指定两者同样的操作会导致异常，因为 CacheResolver 的实现将忽略自定义的 CacheManager。这是你不希望的。

同步缓存

在多线程环境中，某些操作可能会导致同时引用相同的参数（通常在启动时）。默认情况下，缓存抽象不会锁定任何对象，同样的对象可能会被计算好几次，从而达不到缓存的目的。

对于这些特熟情况，sync 属性可用于指示底层缓存提供程序在计算该值时锁定缓存对象。因此，只有一个线程将忙于计算值，而其他线程会被阻塞，直到该缓存对象被更新为止。

@Cacheable(cacheNames="foos", sync="true")
public Foo executeExpensiveOperation(String id) {...}

这是可选功能，可能你是用的缓存库不支持它。由核心框架提供的所有 CacheManager 都会实现并支持它。翻阅缓存提供商文档可以了解更多详细信息。

条件缓存

有时，一种方法可能不适合缓存（例如，它可能取决于给定的参数）。缓存注解通过条件参数支持这样的功能，采用使用 SpEL 表达式的 condition 参数表示。如果是 true，则缓存方法，如果是 false，则不缓存，无论缓存中有什么值或者使用了哪些参数都严格按照规则执行该方法。一个快速入门的例子 - 只有当参数名称长度小于 32 的时候，才会缓存下面方法：

@Cacheable(cacheNames="book", condition="#name.length < 32")
public Book findBook(String name)

另外，unless 参数用于是否向缓存添加值。不同于 condition 参数，unless 参数在方法被调用后评估表达式。扩展上一个例子 - 我们只想缓存平装书：

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

缓存抽象支持 java.util.Optional,只有当它作为缓存值的时候才可使用。#result 指向的是业务实体，不是在包装类上。上面的例子可以重写如下：

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

注意：结果仍然是 Book 不是 Optional

缓存 SpEL 上下文

每个 SpEL 表达式都会有求值上下文。除了构建参数，框架提供了专门的缓存相关元数据，比如参数名称。下表列出了可用于上下文的项目，因此可以使用他们进行键和条件的计算：

表 32.1 缓存 SpEL 元数据

32.3.2 @CachePut 注解

需要缓存更新但不影响方法执行的情况，可以使用 @CachePut 注解。也就是说，该方法始终执行，并将其结果放入缓存中（根据 @CachePut 选项）。它支持与 @Cacheable 相同的选项，适用于缓存而不是方法流程优化：

@CachePut(cacheNames="book", key="#isbn")
public Book updateBook(ISBN isbn, BookDescriptor descriptor)

对同一个方法同时使用 @CachePut 和 @Cacheable 注解通常是不推荐的。因为它们有不同的行为。后者通过使用缓存并跳过方法执行，前者强制执行方法并进行缓存更新。这会导致意想不到的行为，除了具体的场景（例如需要排除条件的注解），应该避免这样的声明方式。还要注意，这样的条件不应该依赖于结果对象（#result 对象），因为结果对象应该在前面被验证后排除。

32.3.3 @CacheEvict 注解

缓存抽象不仅仅缓存更多数据，还可以回收缓存。这个过程对于从缓存中删除旧数据或者未使用的数据非常有用。与 @Cacheable 相反, 注解 @CacheEvict 划分了回收缓存的方法，即作为从缓存中删除数据的触发器方法。@CacheEvict 需要指定一个（或者多个）执行动作，并且允许自定义缓存和键解析或条件被指定。但有一个额外的参数 allEntries,可以指示是否所有对象都要被收回，还是一个对象（取决于key）。

@CacheEvict(cacheNames="books", allEntries=true)
public void loadBooks(InputStream batch)

当整个缓存区需要被收回时，这个选项就会派上用场 - 而不是回收每个对象（当不起作用时会需要很长的响应时间），所以对象会在一个操作中被删除，如上所示。注意，框架将忽略此场景下指定的任何key，因为它不适用（整个缓存收回，不仅仅是一个条目被收回）。

还可以指出发生缓存回收是在默认之后还是在通过 beforeInvocation 属性执行方法后。前者提供与其他注解相同的语义 - 一旦方法成功完成，就执行缓存上的动作（这种情况是回收）。如果方法不执行（因为它可能会被缓存）或者抛出异常，则不会发生回收。后者（beforeInvocation = ture）会导致在调用该方法之前发生回收 - 在驱逐不需要与方法结果相关的情况下，这是有用的。

重要的是，void 方法可以和 @CacheEvict 一起使用 - 由于方法作为触发器，返回值会被忽略（因为他们不与缓存交互） - @Cacheable 就不是这样的，它添加 / 更新数据到缓存时，需要一个结果。

32.3.4 @Caching 注解

另外情况下，需要指定想同类型的多个注解，例如 @CacheEvict 或 @CachePut 需要被指定。比如因为不同缓存之间的条件或者键表达式不同。@Caching 允许在同一个方法上使用多个嵌套的 @Cacheable 、@CachePut 和 @CacheEvict ：

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

32.3.5 @CacheConfig 注解

到目前为止，我们已经看到缓存操作提供了许多定制选项，这些选项可以在操作的基础上进行设置。 但是，一些自定义选项可能很麻烦，可以配置是否适用于该类的所有操作。 例如，指定用于该类的每个缓存操作的高速缓存的名称可以被单个类级别定义所替代。 这是@CacheConfig发挥作用的地方。

@CacheConfig("books")
public class BookRepositoryImpl implements BookRepository {
    @Cacheable
    public Book findBook(ISBN isbn) {...}
}

@CacheConfig 是一个类级别的注解，可以共享缓存名称。自定义 KeyGenerator，自定义 CacheManager 和自定义 CacheResolver。该注解在类上不会操作任何缓存。

操作级别上的自定义会覆盖 @CacheConfig 的自定义。因此，每个缓存操作都会有三个级别的定义：

• 全局配置，可用于 CacheManager 和 KeyGenerator
• 类级别，用 @CacheConfig
• 操作级别层面

@EnableCaching 注解

重点注意的是，即使声明缓存注解也不会主动触发动作 - Spring 中很多东西都这样，该特性必须声明式的启用（意味着如果缓存出现问题，则通过删除某一个配置就可以验证，而不是所有代码的注释）。

启动缓存注解，将 @EnableCaching 注解加入到 @Configuration 类中：

@Configuration
@EnableCaching
public class AppConfig {
}

对于 XML 配置，使用 cache:annotation-driven 元素：

<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 http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
        http://www.springframework.org/schema/cache http://www.springframework.org/schema/cache/spring-cache.xsd">
        <cache:annotation-driven />
</beans>

cache:annotation-driven 元素和 @EnableCaching 注解允许指定多种选项，这些选项通过 AOP 将缓存行为添加到应用程序的方式。该配置与 @Transactional 注解类似：

Java 高级自定义配置需要实现 CachingConfigurer。更多详细信息，参考 javadoc。

表 32.2. 缓存注解设置

<cache：annotation-driven /> 只会匹配相对应的应用上下文中定义的 @Cacheable / @CachePut / @CacheEvict / @Cached。如果将 <cache:annotation-driven/> 配置在 DispatcherServlet 的 WebApplicationContext ，它只检查控制器中的bean，而不是您的服务。参考 18.2 章节 DispatcherServlet 获取更多信息。

方法可见性和缓存注解
使用代理后，缓存注解应用于公共可见的方法。如果对 protected、private 或 package-visible 方法进行缓存注解，不会引起错误。但注解的方法不会显示缓存配置。如果更改字节码时需要注解非公共方法，请考虑使用 AspectJ（见下文）。

Spring 建议只使用 @Cache* 注解具体的类（或具体的方法），而不是注解接口。可以在接口（或接口方法）上注解 @Cache* ，但只有当使用基于接口的代理时，才能使用它。Java 注解不是用接口继承，如果使用基于类的代理（proxy-target-class="true"）或基于代理的 weaving-based(mode="aspectj")，缓存设置无法识别，对象也不会被包装在缓存代理中。

在代理模式（默认情况）中，只有通过代理进入的外部方法调用被截取。实际上，自调用目标对象中调用另一个目标对象方法的方法在运行时不会导致实际的缓存，即使被调用的方法被 @Cacheable 标志 - 可以考虑 aspectj 模式。此外，代理必须被完全初始化提供预期行为，因此不应该依赖于初始化的代码功能，即 @PostConstruct

32.3.7 使用自定义注解

自定义注解和 AspectJ
开箱即用，此功能仅使用基于代理的方法，但可使用 AspectJ 进行一些额外的工作。
spring-aspects 模块仅为标准注解定义了一个切面。如果你定义了自己的注解，那还需要为这些注解定义一个方面。检查 AnnotationCacheAspect 为例。

缓存抽象允许使用不同的注解识别什么方法触发缓存或者缓存回收。这是非常方便的模板机制，因为不需要重复缓存声明（特别是在指定键和条件），或者在代码库不允许使用外部的导入（org.springframework）。其他的注解 @Cacheable, @CachePut, @CacheEvict 和 @CacheConfig 可作为元注解，也可以被其他注解使用。换句话说，可以自定义一个通用的注解替换 @Cacheable 声明：

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

以上我们定义的注解 @SlowService ，并使用 @Cacheable 注解 - 现在我们替换下面的代码：

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

改为：

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

即使 @SlowService不是Spring注解，容器也可以在运行时自动选择其声明并了解其含义。 请注意，如上所述，需要启用注解驱动的行为。