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

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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。

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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中填写mybatis的相关配置：

# 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：

@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：

@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：

如果想学习Java工程化、高性能及分布式、深入浅出。微服务、Spring，MyBatis，Netty源码分析的朋友可以加我的Java高级交流：854630135，群里有阿里大牛直播讲解技术，以及Java大型互联网技术的视频免费分享给大家。

  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
  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"
 "//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("//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("//localhost:" + port + "/product/" + productId, newProduct);
 Product testProduct = restTemplate.getForObject("//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。

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