Java Web现代化开发:Spring Boot + Mybatis + Redis二级缓存

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:

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@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:

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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:

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@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@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:

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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中填写mybatis的相关配置:

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# mybatis配置
mybatis:
# 配置映射类所在包名
type-aliases-package: com.wooyoo.learning.dao.domain
# 配置mapper xml文件所在路径,这里是一个数组
mapper-locations:
- mappers/ProductMapper.xml

然后,再在代码中定义ProductMapper类:

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

这里,只要我们加上了@Mapper注解,Spring Boot在初始化mybatis时会自动加载该mapper类。

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:

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@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:

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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redisTemplatestringTemplate

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:

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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:

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<?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flushCachetrue,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:

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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:

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@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。谢谢大家的阅读,祝大家端午节快乐!!!

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/
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