Java实现多级缓存的方法详解


    目录
  • 1.冗余设计理念
  • 2.多级缓存概述
    • 2.1 开启浏览器缓存
    • 2.2 开启 Nginx 缓存
    • 2.3 使用分布式缓存
    • 2.4 使用本地缓存

    对于高并发系统来说，有三个重要的机制来保障其高效运行，它们分别是：缓存、限流和熔断。而缓存是排在最前面也是高并发系统之所以高效运行的关键手段，那么问题来了：缓存只使用 Redis 就够了吗？
    1.冗余设计理念
    当然不是，不要把所有鸡蛋放到一个篮子里，成熟的系统在关键功能实现时一定会考虑冗余设计，注意这里的冗余设计不是贬义词。
    冗余设计是在系统或设备完成任务起关键作用的地方，增加一套以上完成相同功能的功能通道（or 系统）、工作元件或部件，以保证当该部分出现故障时，系统或设备仍能正常工作，以减少系统或者设备的故障概率，提高系统可靠性。
    例如，飞机的设计，飞机正常运行只需要两个发动机，但在每台飞机的设计中可能至少会设计四个发动机，这就有冗余设计的典型使用场景，这样设计的目的是为了保证极端情况下，如果有一个或两个发动机出现故障，不会因为某个发动机的故障而引起重大的安全事故。
    2.多级缓存概述
    缓存功能的设计也是一样，我们在高并发系统中通常会使用多级缓存来保证其高效运行，其中的多级缓存就包含以下这些：
    
  • 浏览器缓存：它的实现主要依靠 HTTP 协议中的缓存机制，当浏览器第一次请求一个资源时，服务器会将该资源的相关缓存规则（如 Cache-Control、Expires 等）一同返回给客户端，浏览器会根据这些规则来判断是否需要缓存该资源以及该资源的有效期。
  • Nginx 缓存：在 Nginx 中配置中开启缓存功能。
  • 分布式缓存：所有系统调用的中间件都是分布式缓存，如 Redis、MemCached 等。
  • 本地缓存：JVM 层面，单系统运行期间在内存中产生的缓存，例如 Caffeine、Google Guava 等。

    以下是它们的具体使用。
    2.1 开启浏览器缓存
    在 Java Web应用中，实现浏览器缓存可以使用 HttpServletResponse 对象来设置与缓存相关的响应头，以开启浏览器的缓存功能，它的具体实现分为以下几步。
    ① 配置 Cache-Control
    Cache-Control 是 HTTP/1.1 中用于控制缓存策略的主要方式。它可以设置多个指令，如 max-age(定义资源的最大存活时间，单位秒)、no-cache（要求重新验证）、public（指示可以被任何缓存区缓存）、private（只能被单个用户私有缓存存储）等，设置如下：
    
response.setHeader("Cache-Control", "max-age=3600, public"); // 缓存一小时

    ② 配置 Expires
    设置一个绝对的过期时间，超过这个时间点后浏览器将不再使用缓存的内容而向服务器请求新的资源，设置如下：
    
response.setDateHeader("Expires", System.currentTimeMillis() + 3600 * 1000); // 缓存一小时

    ③ 配置 ETag
    ETag（实体标签）一种验证机制，它为每个版本的资源生成一个唯一标识符。当客户端发起请求时，会携带上先前接收到的 ETag，服务器根据 ETag 判断资源是否已更新，若未更新则返回 304 Not Modified 状态码，通知浏览器继续使用本地缓存，设置如下：
    
String etag = generateETagForContent(); // 根据内容生成ETag
response.setHeader("ETag", etag);

    ④ 配置 Last-Modified
    指定资源最后修改的时间戳，浏览器下次请求时会带上 If-Modified-Since 头，服务器对比时间戳决定是否返回新内容或发送 304 状态码，设置如下：
    
long lastModifiedDate = getLastModifiedDate();
response.setDateHeader("Last-Modified", lastModifiedDate);

    整体配置
    在 Spring Web 框架中，可以通过 HttpServletResponse 对象来设置这些头信息。例如，在过滤器中设置响应头以启用缓存：
    
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
       throws IOException, ServletException {
   HttpServletResponse httpResponse = (HttpServletResponse) response;
   // 设置缓存策略
   httpResponse.setHeader("Cache-Control", "max-age=3600");

   // 其他响应头设置...
   chain.doFilter(request, response);
}
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