使用 Spring Boot Cache 优化数据查询:先验证缓存,再查询数据库

使用 spring boot cache 优化数据查询:先验证缓存,再查询数据库

本文旨在探讨如何利用 Spring Boot Cache 实现更高效的数据查询,特别是针对先验证缓存中是否存在所需数据,若缺失再从数据库中获取的场景。我们将深入分析 Spring Cache 的工作原理,并提供一种实现方案,帮助开发者在保证数据一致性的前提下,提升应用程序的性能。

Spring Cache 的局限性

Spring Cache 提供了一种声明式的缓存机制,通过注解简化了缓存的使用。然而,对于“先查缓存,缺失再查数据库”的需求,Spring Cache 默认的行为存在一些局限性。

假设我们有一个 Student 实体,需要根据 ID 集合查询学生信息,并进行缓存。

@Cacheable("students")List findByIds(Set ids) {    // 从数据库查询    return studentRepository.findByIdIn(ids);}

这段代码看似简单,但存在以下问题:

全有或全无: findByIds 方法要么完全从缓存中获取数据(如果缓存中存在对应的 key),要么完全执行数据库查询。无法实现只查询缓存中不存在的 ID 对应的数据。Key 的问题: 默认情况下,Spring Cache 使用方法的所有参数作为 key。这意味着,只有当传入的 ID 集合完全一致时,才会命中缓存。即使缓存中已经存在部分 ID 对应的数据,仍然会执行完整的数据库查询。单 Key 访问: Spring 的 Cache 接口只支持单 Key 的访问,无法批量从缓存中获取数据。

实现方案:自定义缓存逻辑

为了解决上述问题,我们需要自定义缓存逻辑,手动控制缓存的读取和写入。以下是一种可行的方案:

import org.springframework.cache.Cache;import org.springframework.cache.CacheManager;import org.springframework.stereotype.Service;import java.util.*;import java.util.stream.Collectors;@Servicepublic class StudentService {    private final StudentRepository studentRepository;    private final CacheManager cacheManager;    public StudentService(StudentRepository studentRepository, CacheManager cacheManager) {        this.studentRepository = studentRepository;        this.cacheManager = cacheManager;    }    public List findByIdsWithCache(Set ids) {        Cache cache = cacheManager.getCache("students");        List result = new ArrayList();        Set idsToQuery = new HashSet(ids);        // 1. 从缓存中获取数据        for (Integer id : ids) {            Cache.ValueWrapper wrapper = cache.get(id);            if (wrapper != null) {                Student student = (Student) wrapper.get();                result.add(student);                idsToQuery.remove(id); // 从待查询 ID 集合中移除已缓存的 ID            }        }        // 2. 查询数据库        if (!idsToQuery.isEmpty()) {            List dbResults = studentRepository.findByIdIn(idsToQuery);            result.addAll(dbResults);            // 3. 将数据库查询结果写入缓存            for (Student student : dbResults) {                cache.put(student.getId(), student);            }        }        return result;    }}

代码解释:

获取 Cache 对象: 通过 CacheManager 获取名为 “students” 的 Cache 对象。从缓存中获取数据: 遍历 ID 集合,尝试从缓存中获取对应的 Student 对象。如果缓存命中,则将 Student 对象添加到结果列表中,并将该 ID 从待查询 ID 集合 idsToQuery 中移除。查询数据库: 如果 idsToQuery 不为空,则说明缓存中缺少部分数据,需要从数据库中查询。将数据库查询结果写入缓存: 将从数据库查询到的 Student 对象写入缓存,以便下次查询时可以直接从缓存中获取。

注意事项:

缓存 Key 的选择: 在这个例子中,我们使用 Student 对象的 ID 作为缓存 Key。这是一种常见的做法,可以方便地根据 ID 查询缓存。缓存穿透: 如果数据库中不存在某个 ID 对应的数据,那么每次查询都会访问数据库,导致缓存穿透。为了避免这种情况,可以考虑使用布隆过滤器或者缓存空对象。缓存雪崩: 如果大量的缓存 Key 同时失效,会导致大量的请求直接访问数据库,造成数据库压力过大。为了避免这种情况,可以考虑使用随机过期时间或者互斥锁。缓存一致性: 当数据库中的数据发生变化时,需要及时更新缓存,以保证数据一致性。可以使用 Spring 的 @CacheEvict 注解或者手动更新缓存。并发问题: 在高并发环境下,可能会出现多个线程同时查询数据库的情况。为了避免这种情况,可以使用分布式锁或者乐观锁。

总结

Spring Cache 是一个强大的缓存工具,可以帮助我们提升应用程序的性能。然而,对于一些复杂的缓存需求,我们需要自定义缓存逻辑,手动控制缓存的读取和写入。通过合理地选择缓存 Key、避免缓存穿透和雪崩、保证缓存一致性,我们可以充分利用 Spring Cache 的优势,构建高性能的应用程序。

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