Easy-Cache 是一个基于 Spring Boot 的高性能多级缓存框架，提供简单易用的注解式缓存操作。该框架支持 Redis 集群缓存和本地二级缓存，具备多级缓存动态升降级、容错机制、缓存穿透防护、弹性过期、最终一致性保障等高级特性。开发人员在开发需求时不需要额外编写代码保证一致性、穿透、雪崩、宕机问题，只需要在注解设置对应策略即可。 微信公众号：https://mp.weixin.qq.com/s/OENxcvRSGtkPtNzjWwK6KQ
【流程设计思路参照了RocksCache https://github.com/dtm-labs/rockscache.git】
- Redis 集群缓存: 支持多 Redis 集群配置，提供分布式缓存能力
- 本地二级缓存: 基于 Guava Cache 的本地缓存，Redis 宕机时自动降级
- 智能缓存策略: 支持按比例缓存到本地，避免缓存雪崩
- 故障自动降级: Redis 集群故障时自动切换到本地缓存，集群恢复后自动升级
- 健康检查机制: 实时监控缓存集群状态，动态调整缓存策略
- 异步更新机制: 支持异步缓存更新，提升系统响应速度
- 防缓存穿透: 内置空值缓存机制，防止恶意请求穿透到数据库
- 分布式锁: 基于 Redis 的分布式锁机制，防止缓存击穿
- 弹性过期: 支持缓存标记删除，解决缓存与数据库不一致问题
- 注解驱动: 通过
@CacheAble和@CacheUpdate注解即可实现缓存操作 - 自动序列化: 支持 JSON 序列化，无需手动处理对象转换
- 灵活配置: 支持多种缓存参数配置，满足不同业务场景需求
easy-cache/
├── aop/ # 注解和切面处理
│ ├── CacheAble.java # 缓存查询注解
│ ├── CacheUpdate.java # 缓存更新注解
│ └── CacheAspect.java # 缓存切面
├── core/ # 核心功能模块
│ ├── dispatcher/ # 缓存调度器
│ ├── executor/ # 缓存执行器
│ ├── lua/ # Redis Lua脚本
│ └── monitor/ # 监控模块
├── config/ # 配置类
├── entity/ # 实体类
├── exception/ # 异常类
└── utils/ # 工具类
Easy-Cache 通过分布式锁机制和Lua脚本原子操作，确保缓存数据的最终一致性。
缓存中的数据是具有以下字段的哈希结构：
- value: 数据本身
- lockInfo: 锁定状态信息（'locked' 或 'unLock'）
- unlockTime: 数据锁过期时间，当一个进程查询缓存没有数据时，则锁定缓存一小段时间，然后查询DB、更新缓存
- owner: 数据锁UUID，标识当前锁的持有者
查询缓存时，Lua脚本会执行以下逻辑：
- 如果数据为空且锁已过期: 则锁定缓存，返回
NEED_QUERY，同步执行"取数据"并返回结果 - 如果数据为空且被锁定: 则返回
NEED_WAIT，休眠100ms并再次查询 - 如果数据不为空且被锁定: 则立即返回结果，异步执行"取数据"
- 如果数据不为空且未锁定: 则立即返回结果
判断是否需要更新缓存，如果满足以下两个条件之一，则需要更新缓存：
- 数据为空且未锁定
- 数据锁定已过期
如果需要更新缓存，则锁定缓存，查询DB，如果验证锁持有者未更改，则更新并解锁缓存。
当DB数据更新时，通过 @CacheUpdate 注解成功更新数据后，保证缓存被标记为已删除。
设置lockInfo锁定状态为 'locked'，并设置锁过期时间，下次查询到缓存时会触发"取数据"。
通过上述策略，如果最后写入数据库的版本是Vi，最后写入缓存的版本是V，写入V的uuid是uuidv，那么一定有如下的事件序列：
数据库写入Vi → 缓存数据标记为已删除 → 某些查询锁定数据并写入uuidv → 查询数据库结果V → 缓存中的owner是uuidv，写入结果V
在这个序列中，V的读取发生在Vi的写入之后，所以V等于Vi，保证了缓存数据的最终一致性。
- CacheHashStructure: 定义了缓存的哈希结构字段
- LuaExecResult: 定义了Lua脚本的执行结果类型
- CacheDispatcher: 实现了查询结果的处理逻辑
- MultiLevelCacheExecutor: 实现了多级缓存的核心执行逻辑
- RedisCache: 实现了Redis缓存的具体操作
- LuaSh: 实现了保证原子性的Lua脚本
当开发者使用 @CacheAble 在读取数据时调用，并确保 @CacheUpdate 在更新数据库后调用，那么缓存就可以保证最终的一致性。
- Java 17+: 使用最新的 Java 特性
- Spring Boot 2.7.5: 基于 Spring Boot 框架
- Spring AOP: 实现注解驱动的缓存切面
- Lettuce: Redis 客户端，支持集群模式
- Guava Cache: 本地缓存实现
- FastJSON: JSON 序列化
- Lombok: 简化代码编写
- Hutool: 工具类库
<dependency>
<groupId>com.xh.easy</groupId>
<artifactId>easy-cache</artifactId>
<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
</dependency>lettuce:
redis:
- name: cluster1
addr: redis://localhost:6379
password: your_password
timeout: 1000
connections:
- name: redisConnection@Service
public class UserService {
@CacheAble(
clusterId = "cluster1",
prefix = "user",
keys = {"#userId"},
expireTime = 3600L,
timeUnit = TimeUnit.SECONDS,
l2Cache = true,
l2CacheProportion = 5,
preventCachePenetration = true
)
public User getUserById(Long userId) {
// 从数据库查询用户信息
return userRepository.findById(userId);
}
@CacheUpdate(
clusterId = "cluster1",
prefix = "user",
keys = {"#user.id"}
)
public User updateUser(User user) {
// 更新用户信息
return userRepository.save(user);
}
}| 参数 | 类型 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|---|
clusterId |
String | - | 缓存集群ID（必填） |
prefix |
String | - | 缓存key前缀（必填） |
keys |
String[] | {} | 缓存key内容，支持SpEL表达式 |
expireTime |
long | 600 | 缓存过期时间 |
timeUnit |
TimeUnit | SECONDS | 时间单位 |
l2Cache |
boolean | false | 是否开启二级缓存 |
l2CacheProportion |
int | 5 | 二级缓存请求比例（0-10） |
preventCachePenetration |
boolean | false | 是否开启防缓存穿透 |
elasticExpirationTime |
long | 1500 | 弹性缓存过期时间（毫秒） |
| 参数 | 类型 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|---|
clusterId |
String | - | 缓存集群ID（必填） |
prefix |
String | - | 缓存key前缀（必填） |
keys |
String[] | {} | 缓存key内容，支持SpEL表达式 |
// 默认缓存过期时间（秒）
DEFAULT_EXPIRE_TIME = 600L
// 弹性缓存标记删除时间（毫秒）
DEFAULT_ELASTIC_CACHE_EXPIRATION_TIME = 1500L
// 缓存被锁定时最大重试时间（毫秒）
MAX_RETRY_TIME = 1500L
// 缓存被锁定时重试时间间隔（毫秒）
RETRY_TIME_INTERVAL = 100L
// 获取缓存值时锁超时时间（毫秒）
GET_VALUE_UNLOCK_TIME = 1000L@CacheAble(
clusterId = "cluster1",
prefix = "product",
keys = {"#productId"},
l2Cache = true,
l2CacheProportion = 7 // 70%的请求会缓存到本地
)
public Product getProduct(Long productId) {
return productRepository.findById(productId);
}@CacheAble(
clusterId = "cluster1",
prefix = "user",
keys = {"#userId"},
preventCachePenetration = true // 开启防缓存穿透
)
public User getUserById(Long userId) {
User user = userRepository.findById(userId);
// 即使返回null也会被缓存，防止恶意请求
return user;
}@CacheAble(
clusterId = "cluster1",
prefix = "order",
keys = {"#orderId"},
elasticExpirationTime = 2000L // 2秒弹性过期时间
)
public Order getOrder(Long orderId) {
return orderRepository.findById(orderId);
}为了保证缓存操作的原子性，Easy-Cache 使用 Lua 脚本执行所有 Redis 操作。同时，为了减少每次 Lua 脚本交互带来的额外网络 I/O，框架采用 EVALSHA 方式：
- 服务启动时预加载: 在应用启动时，将所有 Lua 脚本上传到 Redis 集群
- 脚本哈希缓存: 通过 Redis 为脚本分配的 SHA1 哈希值进行交互
- 网络 I/O 优化: 避免每次执行时传输完整的脚本内容，显著减少网络开销
// Lua脚本示例：获取并锁定缓存值
private static final String GET_SH =
"local key = KEYS[1]\n"
+ "local newUnlockTime = ARGV[1]\n"
+ "local owner = ARGV[2]\n"
+ "local currentTime = tonumber(ARGV[3])\n"
+ "local value = redis.call('HGET', key, 'value')\n"
+ "local unlockTime = redis.call('HGET', key, 'unlockTime')\n"
+ "local lockOwner = redis.call('HGET', key, 'owner')\n"
+ "local lockInfo = redis.call('HGET', key, 'lockInfo')\n"
+ "if unlockTime and currentTime > tonumber(unlockTime) then\n"
+ " redis.call('HMSET', key, 'lockInfo', 'locked', 'unlockTime', 'newUnlockTime', 'owner', owner)\n"
+ " return {value, 'NEED_QUERY'}\n"
+ "end\n"
+ "if not value or value == '' then\n"
+ " if owner then\n"
+ " return {value, 'NEED_WAIT'}\n"
+ " end\n"
+ " redis.call('HMSET', key, 'lockInfo', 'locked', 'unlockTime', newUnlockTime, 'owner', owner)\n"
+ " return {value, 'NEED_QUERY'}\n"
+ "end\n"
+ "if lockInfo and lockInfo == 'locked' then \n"
+ " return {value, 'SUCCESS_NEED_QUERY'}\n"
+ "end\n"
+ "return {value , 'SUCCESS'}";Easy-Cache 实现了基于 LRU 时间窗口的集群健康度监控系统，能够动态调整缓存策略：
- 时间窗口统计: 使用滑动时间窗口（默认60秒）统计 Redis 集群操作成功/失败事件
- 故障容忍度控制: 当故障事件达到阈值（默认100次）时，自动标记集群为不可用状态
- 动态升降级: 根据集群健康度自动切换缓存策略，实现智能降级和恢复
- 实时探活机制: 集群故障时启动探活任务，定期检测集群恢复情况
这种设计确保了：
- 高可用性: 集群故障时自动降级到本地缓存
- 快速恢复: 集群恢复后自动升级回分布式缓存
- 性能优化: 减少不必要的网络请求和资源消耗
- 智能决策: 基于实时数据做出最优的缓存策略选择
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