Spring Boot + Mybatis + Redis二级缓存开发指南

背景

Spring-Boot因其提供了各种开箱即用的插件，使得它成为了当今最为主流的Java Web开发框架之一。Mybatis是一个十分轻量好用的ORM框架。Redis是当今十分主流的分布式key-value型数据库，在web开发中，我们常用它来缓存数据库的查询结果。

本篇博客将介绍如何使用Spring-Boot快速搭建一个Web应用，并且采用Mybatis作为我们的ORM框架。为了提升性能，我们将Redis作为Mybatis的二级缓存。为了测试我们的代码，我们编写了单元测试，并且用H2内存数据库来生成我们的测试数据。通过该项目，我们希望读者可以快速掌握现代化Java Web开发的技巧以及最佳实践。

本文的示例代码可在Github中下载：https://github.com/Lovelcp/spring-boot-mybatis-with-redis/tree/master

环境

• 开发环境：mac 10.11
• ide：Intellij 2017.1
• jdk：1.8
• Spring-Boot：1.5.3.RELEASE
• Redis：3.2.9
• Mysql：5.7

Spring-Boot

新建项目

首先，我们需要初始化我们的Spring-Boot工程。通过Intellij的Spring Initializer，新建一个Spring-Boot工程变得十分简单。首先我们在Intellij中选择New一个Project：

然后在选择依赖的界面，勾选Web、Mybatis、Redis、Mysql、H2：

新建工程成功之后，我们可以看到项目的初始结构如下图所示：

Spring Initializer已经帮我们自动生成了一个启动类——SpringBootMybatisWithRedisApplication。该类的代码十分简单：

@SpringBootApplication
public class SpringBootMybatisWithRedisApplication {
	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(SpringBootMybatisWithRedisApplication.class, args);
	}
}

@SpringBootApplication注解表示启用Spring Boot的自动配置特性。好了，至此我们的项目骨架已经搭建成功，感兴趣的读者可以通过Intellij启动看看效果。

新建API接口

接下来，我们要编写Web API。假设我们的Web工程负责处理商家的产品（Product）。我们需要提供根据product id返回product信息的get接口和更新product信息的put接口。首先我们定义Product类，该类包括产品id，产品名称name以及价格price：

public class Product implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1435515995276255188L;
    private long id;
    private String name;
    private long price;
    // getters setters
}

然后我们需要定义Controller类。由于Spring Boot内部使用Spring MVC作为它的Web组件，所以我们可以通过注解的方式快速开发我们的接口类：

@RestController
@RequestMapping("/product")
public class ProductController {
    @GetMapping("/{id}")
    public Product getProductInfo( @PathVariable("id") Long productId) {
        // TODO
        return null;
    }
    @PutMapping("/{id}")
    public Product updateProductInfo( @PathVariable("id") Long productId, @RequestBody Product newProduct) {
        // TODO
        return null;
    }
}

我们简单介绍一下上述代码中所用到的注解的作用：

• @RestController：表示该类为Controller，并且提供Rest接口，即所有接口的值以Json格式返回。该注解其实是@Controller和@ResponseBody的组合注解，便于我们开发REST API。
• @RequestMapping、@GetMapping、@PutMapping：表示接口的URL地址。标注在类上的@RequestMapping注解表示该类下的所有接口的URL都以/product开头。@GetMapping表示这是一个Get HTTP接口，@PutMapping表示这是一个Put HTTP接口。
• @PathVariable、@RequestBody：表示参数的映射关系。假设有个Get请求访问的是/product/123，那么该请求会由getProductInfo方法处理，其中URL里的123会被映射到productId中。同理，如果是Put请求的话，请求的body会被映射到newProduct对象中。

这里我们只定义了接口，实际的处理逻辑还未完成，因为product的信息都存在数据库中。接下来我们将在项目中集成mybatis，并且与数据库做交互。

集成Mybatis

配置数据源

首先我们需要在配置文件中配置我们的数据源。我们采用mysql作为我们的数据库。这里我们采用yaml作为我们配置文件的格式。我们在resources目录下新建application.yml文件：

spring:
  # 数据库配置
  datasource:
    url: jdbc:mysql://{your_host}/{your_db}
    username: {your_username}
    password: {your_password}
    driver-class-name: org.gjt.mm.mysql.Driver

由于Spring Boot拥有自动配置的特性，我们不用新建一个DataSource的配置类，Sping Boot会自动加载配置文件并且根据配置文件的信息建立数据库的连接池，十分便捷。

笔者推荐大家采用yaml作为配置文件的格式。xml显得冗长，properties没有层级结构，yaml刚好弥补了这两者的缺点。这也是Spring Boot默认就支持yaml格式的原因。

配置Mybatis

我们已经通过Spring Initializer在pom.xml中引入了mybatis-spring-boot-starte库，该库会自动帮我们初始化mybatis。首先我们在application.yml中指定mybatis的配置文件：

# mybatis配置
mybatis:
  config-location: classpath:mybatis-config.xml

然后我们在resources目录下新建mybatis-config.xml文件。在配置文件中，我们需要指定Product类以及mapper文件的路径：

<!DOCTYPE configuration
        PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Config 3.0//EN"
        "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-config.dtd">
<configuration>
    <typeAliases>
        <package name="com.wooyoo.learning.dao.domain"/>
    </typeAliases>
    <mappers>
        <mapper resource="mappers/ProductMapper.xml"/>
    </mappers>
</configuration>

接下来，我们再在resourses目录下新建mappers目录，并且新建ProductMapper.xml文件，编写操作products表的SQL语句（该文件的内容请参考笔者在前文贴的Github仓库地址）。最后，再在代码中定义ProductMapper类：

@Mapper
public interface ProductMapper {
    Product select( @Param("id") long id);
    void update(Product product);
}

Spring Boot之所以这么流行，最大的原因是它自动配置的特性。开发者只需要关注组件的配置（比如数据库的连接信息），而无需关心如何初始化各个组件，这使得我们可以集中精力专注于业务的实现，简化开发流程。

访问数据库

完成了Mybatis的配置之后，我们就可以在我们的接口中访问数据库了。我们在ProductController下通过@Autowired引入mapper类，并且调用对应的方法实现对product的查询和更新操作，这里我们以查询接口为例：

@RestController
@RequestMapping("/product")
public class ProductController {
    @Autowired
    private ProductMapper productMapper;
    @GetMapping("/{id}")
    public Product getProductInfo( @PathVariable("id") Long productId) {
        return productMapper.select(productId);
    }
    // 避免篇幅过长，省略updateProductInfo的代码
}

然后在你的mysql中插入几条product的信息，就可以运行该项目看看是否能够查询成功了。

至此，我们已经成功地在项目中集成了Mybatis，增添了与数据库交互的能力。但是这还不够，一个现代化的Web项目，肯定会上缓存加速我们的数据库查询。接下来，将介绍如何科学地将Redis集成到Mybatis的二级缓存中，实现数据库查询的自动缓存。

集成Redis

配置Redis

同访问数据库一样，我们需要配置Redis的连接信息。在application.yml文件中增加如下配置：

spring:
  redis:
    # redis数据库索引（默认为0），我们使用索引为3的数据库，避免和其他数据库冲突
    database: 3
    # redis服务器地址（默认为localhost）
    host: localhost
    # redis端口（默认为6379）
    port: 6379
    # redis访问密码（默认为空）
    password:
    # redis连接超时时间（单位为毫秒）
    timeout: 0
    # redis连接池配置
    pool:
      # 最大可用连接数（默认为8，负数表示无限）
      max-active: 8
      # 最大空闲连接数（默认为8，负数表示无限）
      max-idle: 8
      # 最小空闲连接数（默认为0，该值只有为正数才有作用）
      min-idle: 0
      # 从连接池中获取连接最大等待时间（默认为-1，单位为毫秒，负数表示无限）
      max-wait: -1

上述列出的都为常用配置，读者可以通过注释信息了解每个配置项的具体作用。由于我们在pom.xml中已经引入了spring-boot-starter-data-redis库，所以Spring Boot会帮我们自动加载Redis的连接，具体的配置类org.springframework.boot.autoconfigure.data.redis.RedisAutoConfiguration。通过该配置类，我们可以发现底层默认使用Jedis库，并且提供了开箱即用的redisTemplate和stringTemplate。

将Redis作为二级缓存

Mybatis的二级缓存原理本文不再赘述，读者只要知道，Mybatis的二级缓存可以自动地对数据库的查询做缓存，并且可以在更新数据时同时自动地更新缓存。

实现Mybatis的二级缓存很简单，只需要新建一个类实现org.apache.ibatis.cache.Cache接口即可。

该接口共有以下五个方法：

• String getId()：mybatis缓存操作对象的标识符。一个mapper对应一个mybatis的缓存操作对象。
• void putObject(Object key, Object value)：将查询结果塞入缓存。
• Object getObject(Object key)：从缓存中获取被缓存的查询结果。
• Object removeObject(Object key)：从缓存中删除对应的key、value。只有在回滚时触发。一般我们也可以不用实现，具体使用方式请参考：org.apache.ibatis.cache.decorators.TransactionalCache。
• void clear()：发生更新时，清除缓存。
• int getSize()：可选实现。返回缓存的数量。
• ReadWriteLock getReadWriteLock()：可选实现。用于实现原子性的缓存操作。

接下来，我们新建RedisCache类，实现Cache接口：

public class RedisCache implements Cache {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisCache.class);
    private final ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    private final String id; // cache instance id
    private RedisTemplate redisTemplate;
    private static final long EXPIRE_TIME_IN_MINUTES = 30; // redis过期时间
    public RedisCache(String id) {
        if (id == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Cache instances require an ID");
        }
        this.id = id;
    }
    @Override
    public String getId() {
        return id;
    }
    /** * Put query result to redis * * @param key * @param value */
    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void putObject(Object key, Object value) {
        RedisTemplate redisTemplate = getRedisTemplate();
        ValueOperations opsForValue = redisTemplate.opsForValue();
        opsForValue.set(key, value, EXPIRE_TIME_IN_MINUTES, TimeUnit.MINUTES);
        logger.debug("Put query result to redis");
    }
    /** * Get cached query result from redis * * @param key * @return */
    @Override
    public Object getObject(Object key) {
        RedisTemplate redisTemplate = getRedisTemplate();
        ValueOperations opsForValue = redisTemplate.opsForValue();
        logger.debug("Get cached query result from redis");
        return opsForValue.get(key);
    }
    /** * Remove cached query result from redis * * @param key * @return */
    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public Object removeObject(Object key) {
        RedisTemplate redisTemplate = getRedisTemplate();
        redisTemplate.delete(key);
        logger.debug("Remove cached query result from redis");
        return null;
    }
    /** * Clears this cache instance */
    @Override
    public void clear() {
        RedisTemplate redisTemplate = getRedisTemplate();
        redisTemplate.execute((RedisCallback) connection -> {
            connection.flushDb();
            return null;
        });
        logger.debug("Clear all the cached query result from redis");
    }
    @Override
    public int getSize() {
        return 0;
    }
    @Override
    public ReadWriteLock getReadWriteLock() {
        return readWriteLock;
    }
    private RedisTemplate getRedisTemplate() {
        if (redisTemplate == null) {
            redisTemplate = ApplicationContextHolder.getBean("redisTemplate");
        }
        return redisTemplate;
    }
}

讲解一下上述代码中一些关键点：

1. 自己实现的二级缓存，必须要有一个带id的构造函数，否则会报错。
2. 我们使用Spring封装的redisTemplate来操作Redis。网上所有介绍redis做二级缓存的文章都是直接用jedis库，但是笔者认为这样不够Spring Style，而且，redisTemplate封装了底层的实现，未来如果我们不用jedis了，我们可以直接更换底层的库，而不用修改上层的代码。更方便的是，使用redisTemplate，我们不用关心redis连接的释放问题，否则新手很容易忘记释放连接而导致应用卡死。
3. 需要注意的是，这里不能通过autowire的方式引用redisTemplate，因为RedisCache并不是Spring容器里的bean。所以我们需要手动地去调用容器的getBean方法来拿到这个bean，具体的实现方式请参考Github中的代码。
4. 我们采用的redis序列化方式是默认的jdk序列化。所以数据库的查询对象（比如Product类）需要实现Serializable接口。

这样，我们就实现了一个优雅的、科学的并且具有Spring Style的Redis缓存类。

开启二级缓存

接下来，我们需要在ProductMapper.xml中开启二级缓存：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<!DOCTYPE mapper
        PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN"
        "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd">
<mapper namespace="com.wooyoo.learning.dao.mapper.ProductMapper">
    <!-- 开启基于redis的二级缓存 -->
    <cache type="com.wooyoo.learning.util.RedisCache"/>
    <select id="select" resultType="Product">
        SELECT * FROM products WHERE id = #{id} LIMIT 1
    </select>
    <update id="update" parameterType="Product" flushCache="true">
        UPDATE products SET name = #{name}, price = #{price} WHERE id = #{id} LIMIT 1
    </update>
</mapper>

<cache type="com.wooyoo.learning.util.RedisCache"/>表示开启基于redis的二级缓存，并且在update语句中，我们设置flushCache为true，这样在更新product信息时，能够自动失效缓存（本质上调用的是clear方法）。

测试

配置H2内存数据库

至此我们已经完成了所有代码的开发，接下来我们需要书写单元测试代码来测试我们代码的质量。我们刚才开发的过程中采用的是mysql数据库，而一般我们在测试时经常采用的是内存数据库。这里我们使用H2作为我们测试场景中使用的数据库。

要使用H2也很简单，只需要跟使用mysql时配置一下即可。在application.yml文件中：

---
spring:
  profiles: test
  # 数据库配置
  datasource:
    url: jdbc:h2:mem:test
    username: root
    password: 123456
    driver-class-name: org.h2.Driver
    schema: classpath:schema.sql
    data: classpath:data.sql

为了避免和默认的配置冲突，我们用---另起一段，并且用profiles: test表明这是test环境下的配置。然后只要在我们的测试类中加上@ActiveProfiles(profiles = "test")注解来启用test环境下的配置，这样就能一键从mysql数据库切换到h2数据库。

在上述配置中，schema.sql用于存放我们的建表语句，data.sql用于存放insert的数据。这样当我们测试时，h2就会读取这两个文件，初始化我们所需要的表结构以及数据，然后在测试结束时销毁，不会对我们的mysql数据库产生任何影响。这就是内存数据库的好处。另外，别忘了在pom.xml中将h2的依赖的scope设置为test。

使用Spring Boot就是这么简单，无需修改任何代码，轻松完成数据库在不同环境下的切换。

编写测试代码

因为我们是通过Spring Initializer初始化的项目，所以已经有了一个测试类——SpringBootMybatisWithRedisApplicationTests。

Spring Boot提供了一些方便我们进行Web接口测试的工具类，比如TestRestTemplate。然后在配置文件中我们将log等级调成DEBUG，方便观察调试日志。具体的测试代码如下：

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(webEnvironment = SpringBootTest.WebEnvironment.RANDOM_PORT)
@ActiveProfiles(profiles = "test")
public class SpringBootMybatisWithRedisApplicationTests {
    @LocalServerPort
    private int port;
    @Autowired
    private TestRestTemplate restTemplate;
    @Test
    public void test() {
        long productId = 1;
        Product product = restTemplate.getForObject("http://localhost:" + port + "/product/" + productId, Product.class);
        assertThat(product.getPrice()).isEqualTo(200);
        Product newProduct = new Product();
        long newPrice = new Random().nextLong();
        newProduct.setName("new name");
        newProduct.setPrice(newPrice);
        restTemplate.put("http://localhost:" + port + "/product/" + productId, newProduct);
        Product testProduct = restTemplate.getForObject("http://localhost:" + port + "/product/" + productId, Product.class);
        assertThat(testProduct.getPrice()).isEqualTo(newPrice);
    }
}

在上述测试代码中：

1. 我们首先调用get接口，通过assert语句判断是否得到了预期的对象。此时该product对象会存入redis中。
2. 然后我们调用put接口更新该product对象，此时redis缓存会失效。
3. 最后我们再次调用get接口，判断是否获取到了新的product对象。如果获取到老的对象，说明缓存失效的代码执行失败，代码存在错误，反之则说明我们代码是OK的。

书写单元测试是一个良好的编程习惯。虽然会占用你一定的时间，但是当你日后需要做一些重构工作时，你就会感激过去写过单元测试的自己。

查看测试结果

我们在Intellij中点击执行测试用例，测试结果如下：

真棒，显示的是绿色，说明测试用例执行成功了。

总结

本篇文章介绍了如何通过Spring Boot、Mybatis以及Redis快速搭建一个现代化的Web项目，并且同时介绍了如何在Spring Boot下优雅地书写单元测试来保证我们的代码质量。当然这个项目还存在一个问题，那就是mybatis的二级缓存只能通过flush整个DB来实现缓存失效，这个时候可能会把一些不需要失效的缓存也给失效了，所以具有一定的局限性。

希望通过本篇文章，能够给读者带来一些收获和启发。有任何的意见或者建议请在本文下方评论。

参考资料

1. http://www.baeldung.com/spring-data-redis-tutorial
2. http://chrisbaileydeveloper.com/projects/spring-boot-redis-heroku-demo/
3. http://docs.spring.io/spring-data/redis/docs/1.6.2.RELEASE/reference/html/
4. http://blog.didispace.com/springbootredis/