# [028][缓存模块]命名缓存：多级个性化缓存配置的设计与实现

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在复杂的业务系统中，不同缓存往往有着不同的容量、过期时间、键前缀等需求。例如，用户信息缓存可能需要较长的 TTL，而验证码缓存则只需要几分钟。传统的统一缓存配置难以满足这种差异化需求。为此，本文介绍一种“命名缓存”（Named Cache）的设计方案，允许开发者通过配置文件为每个缓存名称单独定义其策略，并同时支持 Redis 和 Caffeine 两种后端实现。

## 一、命名缓存的概念

命名缓存是指：在同一个缓存管理器中，根据缓存名称的不同，应用不同的缓存配置（如 TTL、是否允许空值、键前缀、初始容量等）。开发者只需在配置文件中以 `caches.<缓存名称>` 的方式声明参数，即可让缓存管理器在创建对应缓存时自动使用这些个性化设置。

这种设计带来以下好处：
- **精细控制**：针对不同业务场景调整缓存行为，避免“一刀切”。
- **配置友好**：通过外部配置文件修改，无需改动代码。
- **实现透明**：开发时仍使用 Spring 标准的 `@Cacheable` 注解，只需指定正确的缓存名称。

## 二、整体配置模型

### 2.1 配置属性类

项目定义了 `NamedCacheProperties` 作为核心配置载体，其结构如下：

```java
@Data
@ConfigurationProperties(prefix = "tutorials4j.cache.named")
public class NamedCacheProperties {
    private NamedCacheOptions defaults = new NamedCacheOptions();
    private Map<String, NamedCacheOptions> caches = new HashMap<>();
}
```

- `defaults`：全局默认配置，适用于所有缓存（除非被单独覆盖）。
- `caches`：键为缓存名称，值为该缓存特有的配置。

`NamedCacheOptions` 定义了通用选项以及后端特有选项：

```java
public class NamedCacheOptions {
    private Duration timeToLive;          // 过期时间
    private Boolean cacheNullValues;      // 是否缓存null值
    private Boolean enableStatistics;     // 是否启用统计

    private RedisOptions redis = new RedisOptions();       // Redis专属配置
    private CaffeineOptions caffeine = new CaffeineOptions(); // Caffeine专属配置
}
```

其中 `RedisOptions` 包含 `keyPrefix` 键前缀；`CaffeineOptions` 包含 `initialCapacity`、`maximumSize`、`expireAfterAccess`。

每个 `NamedCacheOptions` 可以调用 `applyDefaults(NamedCacheOptions defaults)` 方法，将未设置的属性从默认配置中合并，实现“默认配置 + 差异化覆盖”的模型。

### 2.2 配置示例

在 `application.yml` 中：

```yaml
tutorials4j:
  cache:
    named:
      defaults:
        time-to-live: 60s
        cache-null-values: false
        redis:
          key-prefix: "default:"
      caches:
        userCache:
          time-to-live: 300s
          cache-null-values: true
          redis:
            key-prefix: "user:"
        productCache:
          time-to-live: 600s
          caffeine:
            initial-capacity: 500
            maximum-size: 20000
```

此时 `userCache` 会覆盖 TTL 和空值策略，并使用自己的键前缀；`productCache` 则使用默认 TTL 但修改 Caffeine 容量参数。

## 三、Redis 命名缓存的实现

### 3.1 缓存管理器创建器

`RedisCacheManagerCreator` 负责创建 `RedisCacheManager` 实例，采用双重检查锁单例模式保证同一配置下只有一个管理器。其 `newInstance()` 方法构建 `RedisCacheManager.Builder` 链。

```java
public RedisCacheManager newInstance() {
    RedisCacheConfiguration defaultConfig = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig();
    defaultConfig = RedisUtils.fillConfiguration(defaultConfig, properties.getDefaults());
    RedisCacheManager.RedisCacheManagerBuilder builder = 
        RedisCacheManager.builder(factory).cacheDefaults(defaultConfig);
    // 应用所有 RedisCacheManagerBuilderCustomizer
    redisCacheManagerBuilderCustomizer.forEach(c -> c.customize(builder));
    // 应用所有 CacheManagerCustomizer<RedisCacheManager>
    RedisCacheManager redisCacheManager = builder.build();
    cacheManagerCustomizer.forEach(c -> c.customize(redisCacheManager));
    return redisCacheManager;
}
```

### 3.2 命名缓存配置的注入

关键点在于 `NamedRedisCacheManagerBuilderCustomizer`，它实现了 `RedisCacheManagerBuilderCustomizer` 接口，会在 `builder` 构建前被调用。该类遍历 `properties.getCaches()` 为每个命名缓存创建独立的 `RedisCacheConfiguration`，然后通过 `builder.withInitialCacheConfigurations(configMap)` 一次性注入。

```java
@Override
public void customize(RedisCacheManager.RedisCacheManagerBuilder builder) {
    RedisCacheConfiguration defaultConfig = builder.cacheDefaults();
    Map<String, RedisCacheConfiguration> configMap = new HashMap<>();
    properties.getCaches().forEach((name, options) -> {
        RedisCacheConfiguration namedConfig = RedisUtils.fillConfiguration(defaultConfig, options);
        configMap.put(name, namedConfig);
    });
    builder.withInitialCacheConfigurations(configMap);
}
```

`RedisUtils.fillConfiguration` 方法根据 `NamedCacheOptions` 中的 `timeToLive`、`cacheNullValues`、`keyPrefix`（通过 `RedisOptions`）修改默认配置。这样，当应用第一次操作 `userCache` 时，`RedisCacheManager` 就会使用该缓存专属的配置。

### 3.3 自动装配

`CacheRedisConfiguration` 中条件化地注册了上述定制器和创建器：

```java
@Bean(CacheManagerCreatorCategory.REDIS_CREATOR)
@ConditionalOnMissingBean
RedisCacheManagerCreator redisCacheManagerCreator(...) { ... }
```

并同时注册了 JSON 序列化定制器等（与命名缓存主题无关的略述）。

## 四、Caffeine 命名缓存的实现

Caffeine 是进程内缓存，其命名缓存实现思路与 Redis 类似，但需要直接控制 `CaffeineCacheManager` 的缓存创建逻辑。

### 4.1 自定义缓存管理器

`FlexibleCaffeineCacheManager` 继承自 `CaffeineCacheManager`，重写了 `createNativeCaffeineCache(String name)` 方法：

```java
@Override
protected Cache<Object, Object> createNativeCaffeineCache(String name) {
    Map<String, NamedCacheOptions> optionsMap = properties.getCaches();
    if (optionsMap.containsKey(name)) {
        NamedCacheOptions options = optionsMap.get(name);
        options.applyDefaults(properties.getDefaults());  // 合并默认配置
        Caffeine<Object, Object> caffeine = Caffeine.newBuilder();
        CaffeineUtils.copyOption(caffeine, options);      // 应用 TTL、容量等
        return caffeine.build();
    }
    return super.createNativeCaffeineCache(name);
}
```

关键步骤：
1. 根据缓存名称查找是否有专用配置。
2. 调用 `applyDefaults` 将未设置的属性从全局默认值中补全。
3. 创建一个新的 `Caffeine` 构造器，通过 `CaffeineUtils.copyOption` 设置过期、容量、访问过期等参数。
4. 调用 `build()` 生成原生 `Cache` 实例。

这样，每个命名缓存都会拥有独立的 `Caffeine` 对象，其大小、过期策略互不干扰。

### 4.2 缓存管理器创建器

`CaffeineCacheManagerCreator` 同样采用单例模式，它的 `newInstance()` 直接创建 `FlexibleCaffeineCacheManager` 并注入全局 `Caffeine` 实例（该实例基于 `properties.getDefaults()` 构建，作为后备默认值）。

```java
public CaffeineCacheManager newInstance() {
    FlexibleCaffeineCacheManager caffeineCacheManager = new FlexibleCaffeineCacheManager(properties);
    caffeineCacheManager.setCaffeine(caffeine);
    return caffeineCacheManager;
}
```

### 4.3 自动装配

`CacheCaffeineConfiguration` 负责创建默认 `Caffeine` Bean 和 `CaffeineCacheManagerCreator` Bean。同时，`FlexibleCaffeineCacheManager` 内部已处理命名缓存的配置，因此无需额外的 `CacheManagerCustomizer`。

## 五、使用示例

假设我们有一个业务服务，需要同时使用 Redis 缓存用户信息，使用 Caffeine 缓存产品目录：

```java
@Service
public class UserService {
    @Cacheable(value = "userCache", key = "#userId")
    public User getUser(Long userId) { ... }
}

@Service
public class ProductService {
    @Cacheable(value = "productCache", key = "#productId")
    public Product getProduct(Long productId) { ... }
}
```

配置文件（`application.yml`）如下：

```yaml
tutorials4j.cache.named:
  defaults:
    time-to-live: 60s
    cache-null-values: false
    redis:
      key-prefix: "global:"
  caches:
    userCache:
      time-to-live: 300s
      cache-null-values: true
      redis.key-prefix: "user:"
    productCache:
      time-to-live: 600s
      caffeine:
        initial-capacity: 200
        maximum-size: 10000
        expire-after-access: 300s
```

运行时：
- `userCache` 操作 Redis：TTL 为 300 秒，允许缓存 null，键前缀为 `user:`。
- `productCache` 使用 Caffeine：最大 10000 条记录，初始容量 200，访问后 300 秒过期。

开发者只需关注 `@Cacheable` 注解中的缓存名称，底层管理器会自动应用对应策略。

## 六、总结

命名缓存机制通过统一的配置模型将缓存名称与具体参数解耦，极大地提升了缓存管理的灵活性和可维护性。本文分别以 Redis 和 Caffeine 为例，展示了：
- 如何使用 `NamedCacheProperties` 和 `NamedCacheOptions` 来描述差异化的缓存配置。
- 如何为 Redis 利用 `RedisCacheManagerBuilderCustomizer` 注入不同配置。
- 如何为 Caffeine 通过重写 `createNativeCaffeineCache` 为每个名称创建独立实例。

这种设计可以轻松扩展至其他缓存提供者（如 EhCache），核心思想始终不变：**让配置跟随缓存名称动态变化，而非全局僵化**。在微服务或多业务模块的架构中，命名缓存是一项值得参考的基础设施实践。


在复杂的业务系统中，不同缓存往往有着不同的容量、过期时间、键前缀等需求。例如，用户信息缓存可能需要较长的 TTL，而验证码缓存则只需要几分钟。传统的统一缓存配置难以满足这种差异化需求。为此，本文介绍一种“命名缓存”（Named Cache）的设计方案，允许开发者通过配置文件为每个缓存名称单独定义其策略，并同时支持 Redis 和 Caffeine 两种后端实现。

[028][缓存模块]命名缓存：多级个性化缓存配置的设计与实现

编程语言

架构设计

后端

本文介绍了一种名为“命名缓存”的多级个性化缓存配置方案，支持Redis和Caffeine两种后端实现。通过配置文件为不同缓存名称单独定义TTL、键前缀等策略，实现精细化控制。开发者只需使用标准@Cacheable注解，即可自动应用差异化配置，提升系统灵活性和可维护性。

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