Redis+Caffeine多级缓存架构代码实战
[*]构建本地Caffeine缓存
private final Cache<String, String> LOCAL_CACHE = Caffeine.newBuilder()
.initialCapacity(1024)
.maximumSize(10_000L) // 最大 10000 条
// 缓存 5 分钟后移除
.expireAfterWrite(Duration.ofMinutes(5))
.build();
Caffeine 简介
Caffeine 是一个高性能、轻量级的本地缓存库，紧张用于 Java 应用中，用来替代像 Guava Cache 更高效的实现。下面是对 Caffeine 及其用法的快速概述：
[*] 基本概念
[*]Caffeine 通过构建器模式（Caffeine.newBuilder()）来创建缓存实例。
[*]支持多种缓存失效策略，比如大小限制、主动过期、弱/软引用等。
[*] 常用配置参数
[*]initialCapacity(int capacity)：设置缓存容器的初始容量，优化内存分配。
[*]maximumSize(long size)：限定缓存中条目标最大数目。当缓存达到这个上限时，会根据使用频率（LRU-like 策略）将部门条目驱逐。
[*]expireAfterWrite(Duration duration)：设置一个条目在写入缓存后多长时间失效，比如上面例子中设置了 5 分钟后主动移除。
[*]另外还有 expireAfterAccess(Duration duration)（根据访问时间失效）、refreshAfterWrite(Duration duration)（定时刷新）、以及基于引用的弱引用和软引用策略等，可以根据需求配置。
[*] 使用示例
在代码片段中，构建了一个字符串键值的缓存实例，设置了初始容量为 1024 条、最大存储条数为 10,000 条，而且在写入后 5 分钟会主动过期：
使用时，只必要调用 LOCAL_CACHE.get(key, mappingFunction) 来得到缓存中的数据（假如数据不存在，可以通过 mappingFunction 盘算后添加到缓存中），或是使用 put(key, value) 手动存放数据。
例如：
// 存数据
LOCAL_CACHE.put("user:1", "Alice");
// 取数据
String value = LOCAL_CACHE.getIfPresent("user:1");
[*] 高级功能
[*]LoadingCache：假如你希望缓存在缺失某个 key 时主动加载数据，可以使用 Caffeine.build(CacheLoader) 来构建一个 LoadingCache。
[*]监听器：Caffeine 还支持在缓存条目被移除时触发特定的回调（removalListener）。
[*]异步缓存：可以用到 Caffeine 的 AsyncCache，解决异步加载场景。
[*] 性能优势
[*]Caffeine 接纳了各种高效的策略进行缓存存储和驱逐，能够在并发场景下保持高效性和低延时。
[*]其设计使得 GC 开销较低，并支持自定义缓存策略，能满意多种业务需求。
/**
* 分页获取图片列表（封装类，有缓存）
*/
@Deprecated
@PostMapping("/list/page/vo/cache")
public BaseResponse<Page<PictureVO>> listPictureVOByPageWithCache(@RequestBody PictureQueryRequest pictureQueryRequest,HttpServletRequest request) {
long current = pictureQueryRequest.getCurrent();
long size = pictureQueryRequest.getPageSize();
// 限制爬虫
ThrowUtils.throwIf(size > 20, ErrorCode.PARAMS_ERROR);
// 普通用户默认只能看到审核通过的数据
pictureQueryRequest.setReviewStatus(PictureReviewStatusEnum.PASS.getValue());
// 查询缓存，缓存中没有，再查询数据库
// 构建缓存的 key
String queryCondition = JSONUtil.toJsonStr(pictureQueryRequest);
String hashKey = DigestUtils.md5DigestAsHex(queryCondition.getBytes());
String cacheKey = String.format("listPictureVOByPage:%s", hashKey);
// 1. 先从本地缓存中查询
String cachedValue = LOCAL_CACHE.getIfPresent(cacheKey);
if (cachedValue != null) {
// 如果缓存命中，返回结果
Page<PictureVO> cachedPage = JSONUtil.toBean(cachedValue, Page.class);
return ResultUtils.success(cachedPage);
}
// 2. 本地缓存未命中，查询 Redis 分布式缓存
ValueOperations<String, String> opsForValue = stringRedisTemplate.opsForValue();
cachedValue = opsForValue.get(cacheKey);
if (cachedValue != null) {
// 如果缓存命中，更新本地缓存，返回结果
LOCAL_CACHE.put(cacheKey, cachedValue);
Page<PictureVO> cachedPage = JSONUtil.toBean(cachedValue, Page.class);
return ResultUtils.success(cachedPage);
}
// 3. 查询数据库
Page<Picture> picturePage = pictureApplicationService.page(new Page<>(current, size),
pictureApplicationService.getQueryWrapper(pictureQueryRequest));
Page<PictureVO> pictureVOPage = pictureApplicationService.getPictureVOPage(picturePage, request);
// 4. 更新缓存
// 更新 Redis 缓存
String cacheValue = JSONUtil.toJsonStr(pictureVOPage);
// 设置缓存的过期时间，5 - 10 分钟过期，防止缓存雪崩
int cacheExpireTime = 300 + RandomUtil.randomInt(0, 300);
opsForValue.set(cacheKey, cacheValue, cacheExpireTime, TimeUnit.SECONDS);
// 写入本地缓存
LOCAL_CACHE.put(cacheKey, cacheValue);
// 获取封装类
return ResultUtils.success(pictureVOPage);
}
下面是对该代码中接纳缓存策略的详细阐述:
1. 方法的基本职责
该方法紧张用于分页获取图片列表，并对查询效果进行缓存。返回效果为一个封装了分页数据（PictureVO 对象列表）的响应。
2. 参数及校验
[*] 分页参数获取与限制
[*]从请求中获取当前页码（current）和每页条数（size）。
[*]为防止爬虫或恶意请求，方法内部对每页返回的数据量做了限制：若 size 大于 20，则抛出异常（通过 ThrowUtils.throwIf 方法）。
[*] 设置查询条件
[*]普通用户只能获取考核通过的数据，因此会预先设置 pictureQueryRequest.setReviewStatus(PictureReviewStatusEnum.PASS.getValue())，确保返回的图片已通过考核。
3. 构建缓存 Key
[*] 查询条件的序列化
[*]将 pictureQueryRequest 对象序列化为 JSON 字符串，这样能确保所有参数都参与缓存 key 的生成，保证差别的查询条件对应差别的缓存数据。
[*] 生成 MD5 择要
[*]利用 MD5 算法（DigestUtils.md5DigestAsHex）对 JSON 字符串进行择要，生成一个固定长度的散列值，作为缓存 key 的一部门。
[*] 最终缓存 Key 格式
[*]组合散列值和前缀（例如 “listPictureVOByPage:”），形成最终缓存 key。这样做不但便于区分缓存数据的来源，同时也确保 key 的唯一性。
4. 两级缓存策略
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/75f7ed8ab0d547c6a4fdec10e1e802d4.png
[*]在每次返回缓存/数据之前，先更新缓存
4.1. 一级缓存——本地缓存（Caffeine）
[*] 操作方式
[*]通过 LOCAL_CACHE.getIfPresent(cacheKey) 先查询本地缓存（由 Caffeine 实现）是否存在缓存数据。
[*]假如缓存命中，则直接将 JSON 字符串反序列化成 Page 对象并返回响应。
[*] 长处
[*]本地缓存数据访问速率非常快，能够有效低落延迟。
[*]实用于单机情况下的高并发场景，有效淘汰对分布式缓存或数据库的访问次数。
4.2. 二级缓存——Redis 分布式缓存
[*] 操作方式
[*]若本地缓存未命中，再到 Redis 中查找（通过 stringRedisTemplate.opsForValue().get(cacheKey)）。
[*]假如 Redis 命中，则：
[*]更新本地缓存（保证本地缓存与 Redis 数据同等）。
[*]反序列化返回数据，并构造响应。
[*] 长处
[*]Redis 作为分布式缓存，能够在多机情况下共享缓存数据。
[*]对于跨进程或跨实例的缓存访问，Redis 提供了较好的性能及数据同等性。
5. 数据库查询与缓存更新
当两级缓存都未命中时，实行数据库查询并更新缓存：
[*] 数据库查询
[*]调用 pictureApplicationService.page(...) 查询数据库，获取 Picture 数据分页效果。
[*]使用 pictureApplicationService.getPictureVOPage(...) 方法将数据库查询效果转换为展示页面所需的 PictureVO 分页数据。
[*] 缓存更新策略
[*] Redis 缓存更新
[*]将查询效果转换为 JSON 字符串存入 Redis。
[*]缓存过期时间设置为 5 至 10 分钟之间（300 + randomInt(0, 300) 秒），这种随机策略有助于防止缓存雪崩，即避免大量缓存同时失效带来的数据库压力。
[*] 本地缓存更新
[*]同步将 Redis 缓存中的数据写入 Caffeine 本地缓存，保证后续对该 key 的调用首先命中本地缓存。
6. 防止缓存雪崩与缓存穿透
[*] 缓存雪崩
[*]通过为 Redis 缓存设置随机过期时间，使得缓存的数据不会在同一时间大面积失效，从而分散对数据库的瞬时压力。
[*] 缓存穿透
[*]通过在本地及 Redis 层都提前查询缓存，尽大概淘汰对数据库的直接访问，同时结合查询参数限制和数据同等性的设计，也能低落缓存穿透的风险。
7. 总结
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d595f9d525ca427fa0ccb4ef1fd530c4.png
[*]使用 MD5 对查询参数进行 hash 化，确保缓存 key 唯一性；
[*]实现了两级缓存（本地缓存 + Redis 分布式缓存），提高数据查询速率并低落数据库压力；
[*]设置适当的缓存过期时间和随机化TTL，防止缓存雪崩；
[*]对查询参数进行严酷校验，既掩护系统资源，又确保用户只能获取符合考核要求的数据。
这种双缓存策略属于常见的“先查询本地缓存，再查询分布式缓存，末了查询数据库，更新缓存”的应用场景，实用于高并发系统中对响应时间和数据同等性要求较高的场景。
注意
缓存中存储的是通过 JSONUtil.toJsonStr(pictureVOPage) 序列化后的 JSON 字符串，而这个过程往往会将对象中默认值、null 值大概部门未被标记为必要序列化的数据过滤掉，从而使数据量变小。
而直接从数据库查询得到的对象（或经过业务转换的对象）大概包罗更多的字段（比如额外的分页元数据、内部状态或调试信息等），这些数据在序列化时假如不做处置惩罚，大概会被完整返回。
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