有Redis为什么还要本地缓存？谈谈你对本地缓存的理解？

本地缓存是将数据存储在应用程序所在的本地内存中的缓存方式。既然，已经有了 Redis 可以实现分布式缓存了，为什么还需要本地缓存呢？接下来，我们一起来看。

为什么需要本地缓存？

尽管已经有 Redis 缓存了，但本地缓存也是非常有必要的，因为它有以下优点：

速度优势：本地缓存直接利用本地内存，访问速度非常快，能够显著降低数据访问延迟。
减少网络开销：使用本地缓存可以减少与远程缓存（如 Redis）之间的数据交互，从而降低网络 I/O 开销。
降低服务器压力：本地缓存能够分担服务器的数据访问压力，提高系统的整体稳定性。

因此，在生产环境中，我们通常使用本地缓存+Redis 缓存一起组合成多级缓存，来共同保证程序的运行效率。

多级缓存

多级缓存是一种缓存架构策略，它使用多个层次的缓存来存储数据，以提高数据访问速度和系统性能，最简单的多级缓存就是由本地缓存 + Redis 分布式缓存组成的，如图所示：

多级缓存在获取时的实现代码如下：

public Object getFromCache(String key) {

    // 先从本地缓存中查找

    Cache.ValueWrapper localCacheValue = cacheManager.getCache("localCache").get(key);

    if (localCacheValue!= null) {

        return localCacheValue.get();

    }

    // 如果本地缓存未命中，从 Redis 中查找

    Object redisValue = redisTemplate.opsForValue().get(key);

    if (redisValue!= null) {

        // 将 Redis 中的数据放入本地缓存

        cacheManager.getCache("localCache").put(key, redisValue);

        return redisValue;

    }

    return null;

}

本地缓存的实现

本地缓存常见的方式实现有以下几种：

Ehcache
Caffeine
Guava Cache

它们的基本使用如下。

1.Ehcache

1.1 添加依赖

在 pom.xml 文件中添加 Ehcache 依赖：

<dependency>

  <groupId>org.springframework.boot</groupId>

  <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>

</dependency>

<dependency>

  <groupId>org.ehcache</groupId>

  <artifactId>ehcache</artifactId>

</dependency>

1.2 配置 Ehcache

在 src/main/resources 目录下创建 ehcache.xml 文件：

<ehcache xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"

  xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://www.ehcache.org/ehcache.xsd">

  <cache name="myCache"

    maxEntriesLocalHeap="1000"

    eternal="false"

    timeToIdleSeconds="120"

    timeToLiveSeconds="120"/>

</ehcache>

1.3 启用缓存

在 Spring Boot 应用的主类或配置类上添加 @EnableCaching 注解：

import org.springframework.boot.SpringApplication;

import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;

@SpringBootApplication

@EnableCaching

public class CacheApplication {

    public static void main(String[] args) {

        SpringApplication.run(CacheApplication.class, args);

    }

}

1.4 使用缓存

创建一个服务类并使用 @Cacheable 注解：

import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;

import org.springframework.stereotype.Service;

@Service

public class MyService {

    @Cacheable(value = "myCache", key = "#id")

    public String getData(String id) {

        // 模拟耗时操作

        try {

            Thread.sleep(1000);

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        return "Data for " + id;

    }

}

2.Caffeine

2.1 添加依赖

在 pom.xml 文件中添加 Caffeine 依赖：

<dependency>

  <groupId>org.springframework.boot</groupId>

  <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>

</dependency>

<dependency>

  <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId>

  <artifactId>caffeine</artifactId>

</dependency>

2.2 启用缓存

在 Spring Boot 应用的主类或配置类上添加 @EnableCaching 注解：

import org.springframework.boot.SpringApplication;

import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;

@SpringBootApplication

@EnableCaching

public class CacheApplication {

    public static void main(String[] args) {

        SpringApplication.run(CacheApplication.class, args);

    }

}

2.3 配置 Caffeine 缓存

创建一个配置类来配置 Caffeine 缓存：

import com.github.benmanes.caffeine.cache.Caffeine;

import org.springframework.cache.CacheManager;

import org.springframework.cache.caffeine.CaffeineCacheManager;

import org.springframework.context.annotation.Bean;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration

public class CacheConfig {

    @Bean

    public CacheManager cacheManager() {

        CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager("myCache");

        cacheManager.setCaffeine(Caffeine.newBuilder()

                                 .maximumSize(1000)

                                 .expireAfterWrite(120, TimeUnit.SECONDS));

        return cacheManager;

    }

}

2.4 使用缓存

创建一个服务类并使用 @Cacheable 注解：

import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;

import org.springframework.stereotype.Service;

@Service

public class MyService {

    @Cacheable(value = "myCache", key = "#id")

    public String getData(String id) {

        // 模拟耗时操作

        try {

            Thread.sleep(1000);

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        return "Data for " + id;

    }

}

3.Guava Cache

3.1 添加依赖

在 pom.xml 文件中添加 Guava 依赖：

<dependency>

  <groupId>org.springframework.boot</groupId>

  <artifactId>spring-boot-starter-cache</artifactId>

</dependency>

<dependency>

  <groupId>com.google.guava</groupId>

  <artifactId>guava</artifactId>

</dependency>

3.2 启用缓存

在 Spring Boot 应用的主类或配置类上添加 @EnableCaching 注解：

import org.springframework.boot.SpringApplication;

import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;

@SpringBootApplication

@EnableCaching

public class CacheApplication {

    public static void main(String[] args) {

        SpringApplication.run(CacheApplication.class, args);

    }

}

3.3 配置 Guava 缓存

创建一个配置类来配置 Guava 缓存：

import com.google.common.cache.CacheBuilder;

import org.springframework.cache.Cache;

import org.springframework.cache.CacheManager;

import org.springframework.cache.concurrent.ConcurrentMapCache;

import org.springframework.cache.concurrent.ConcurrentMapCacheManager;

import org.springframework.context.annotation.Bean;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Configuration

public class CacheConfig {

    @Bean

    public CacheManager cacheManager() {

        ConcurrentMapCacheManager cacheManager = new ConcurrentMapCacheManager() {

            @Override

            protected Cache createConcurrentMapCache(String name) {

                return new ConcurrentMapCache(name,

                                              CacheBuilder.newBuilder()

                                              .maximumSize(1000)

                                              .expireAfterWrite(120, TimeUnit.SECONDS)

                                              .build().asMap(), false);

            }

        };

        return cacheManager;

    }

}

3.4 使用缓存

创建一个服务类并使用 @Cacheable 注解：

import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;

import org.springframework.stereotype.Service;

@Service

public class MyService {

    @Cacheable(value = "myCache", key = "#id")

    public String getData(String id) {

        // 模拟耗时操作

        try {

            Thread.sleep(1000);

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        return "Data for " + id;

    }

}

知识扩展：@Cacheable、@CachePut、@CacheEvict

在 Spring 框架中，@Cacheable、@CachePut 和 @CacheEvict 是用于缓存管理的注解，它们的含义如下：

@Cacheable：用于声明一个方法的返回值是可以被缓存的。当方法被调用时，Spring Cache 会先检查缓存中是否存在相应的数据。如果存在，则直接返回缓存中的数据，避免重复执行方法；如果不存在，则执行方法并将返回值存入缓存中。它的使用示例如下：

@Cacheable(value = "users", key = "#id")

public User getUserById(String id) {

// 模拟从数据库中获取用户信息

System.out.println("Fetching user from database: " + id);

return new User(id, "User Name " + id);

}

@CachePut：用于更新缓存中的数据。与 @Cacheable 不同，@CachePut 注解的方法总是会执行，并将返回值更新到缓存中。无论缓存中是否存在相应的数据，该方法都会执行，并将新的数据存入缓存中（如果缓存中已存在数据，则覆盖它）。它的使用示例如下：

@CachePut(value = "users", key = "#user.id")

public User updateUser(User user) {

// 模拟更新数据库中的用户信息

System.out.println("Updating user in database: " + user.getId());

// 假设更新成功

return user;

}

@CacheEvict：用于删除缓存中的数据。当方法被调用时，指定的缓存项将被删除。这可以用于清除旧数据或使缓存项失效。它的使用示例如下：

@CacheEvict(value = "users", key = "#id")

public void deleteUser(String id) {

// 模拟从数据库中删除用户信息

System.out.println("Deleting user from database: " + id);

}

// 清除整个缓存，而不仅仅是特定的条目

@CacheEvict(value = "users", allEntries = true)

public void clearAllUsersCache() {

    System.out.println("Clearing all users cache");

}

小结

生产环境通常会使用本地缓存 + Redis 缓存，一起实现多级缓存，以提升程序的运行效率，而本地缓存的常见实现有 Ehcache、Caffeine、Guava Cache 等。然而，凡事有利就有弊，那么多级缓存最大的问题就是数据一致性问题，对于多级缓存的数据一致性问题要如何保证呢？

本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site，其中包含的内容有：并发编程、MySQL、Redis、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、JVM、设计模式、消息队列等模块。