简直骚操作，ThreadLocal还能当缓存用

背景说明

有朋友问我一个关于接口优化的问题，他的优化点很清晰，由于接口中调用了内部很多的 service 去组成了一个完成的业务功能。每个 service 中的逻辑都是独立的，这样就导致了很多查询是重复的，看下图你就明白了。

上层查询传递下去

对于这种场景最好的就是在上层将需要的数据查询出来，然后传递到下层去消费。这样就不用重复查询了。

如果开始写代码的时候是这样做的没问题，但很多时候，之前写的时候都是独立的，或者复用的老逻辑，里面就是有独立的查询。

如果要做优化就只能将老的方法重载一个，将需要的信息直接传递过去。

public void xxx(int goodsId) {
    Goods goods = goodsService.get(goodsId);
    .....
}
public void xxx(Goods goods) {
    .....
}

加缓存

如果你的业务场景允许数据有一定延迟，那么重复调用你可以直接通过加缓存来解决。这样的好处在于不会重复查询数据库，而是直接从缓存中取数据。

更大的好处在于对于优化类的影响最小，原有的代码逻辑都不用改变，只需要在查询的方法上加注解进行缓存即可。

public void xxx(int goodsId) {
    Goods goods = goodsService.get(goodsId);
    .....
}
public void xxx(Goods goods) {
    Goods goods = goodsService.get(goodsId);
    .....
}
class GoodsService {
    @Cached(expire = 10, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
    public Goods get(int goodsId) {
        return dao.findById(goodsId);
    }
}

如果你的业务场景不允许有缓存的话，上面这个方法就不能用了。那么是不是还得改代码，将需要的信息一层层往下传递呢？

自定义线程内的缓存

我们总结下目前的问题：

1. 同一次请求内，多次相同的查询获取 RPC 等的调用。
2. 数据实时性要求高，不适合加缓存，主要是加缓存也不好设置过期时间，除非采用数据变更主动更新缓存的方式。
3. 只需要在这一次请求里缓存即可，不影响其他地方。
4. 不想改动已有代码。

总结后发现这个场景适合用 ThreadLocal 来传递数据，对已有代码改动量最小，而且也只对当前线程生效，不会影响其他线程。

public void xxx(int goodsId) {
    Goods goods = ThreadLocal.get();
    if (goods == null) {
        goods = goodsService.get(goodsId);
    }
    .....
}

上面代码就是使用了 ThreadLocal 来获取数据，如果有的话就直接使用，不用去重新查询，没有的话就去查询，不影响老逻辑。

虽然能实现效果，但是不太好，不够优雅。也不够通用，如果一次请求内要缓存多种类型的数据怎么处理? ThreadLocal 就不能存储固定的类型。还有就是老的逻辑还是得改，加了个判断。

下面介绍一种比较优雅的方式：

1. 自定义缓存注解，加在查询的方法上。
2. 定义切面切到加了缓存注解的方法上，第一次获取返回值存入 ThreadLocal。第二次直接从 ThreadLocal 中取值返回。
3. ThreadLocal 中存储 Map，Key 为某方法的某一标识，这样可以缓存多种类型的结果。
4. 在 Filter 中将 ThreadLocal 进行 remove 操作，因为线程是复用的，使用完需要清空。

注意：ThreadLocal 不能跨线程，如果有跨线程需求，请使用阿里的 ttl 来装饰。

注解定义

@Target({ ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface ThreadLocalCache {
    /**
     * 缓存key，支持SPEL表达式
     * @return
     */
    String key() default "";
}

存储定义

/**
 * 线程内缓存管理
 *
 * @作者 尹吉欢
 * @时间 2020-07-12 10:47
 */
public class ThreadLocalCacheManager {
    private static ThreadLocal<Map> threadLocalCache = new ThreadLocal<>();
    public static void setCache(Map value) {
        threadLocalCache.set(value);
    }
    public static Map getCache() {
        return threadLocalCache.get();
    }
    public static void removeCache() {
        threadLocalCache.remove();
    }
    public static void removeCache(String key) {
        Map cache = threadLocalCache.get();
        if (cache != null) {
            cache.remove(key);
        }
    }
}

切面定义

/**
 * 线程内缓存
 *
 * @作者 尹吉欢
 * @时间 2020-07-12 10:48
 */
@Aspect
public class ThreadLocalCacheAspect {
    @Around(value = "@annotation(localCache)")
    public Object aroundAdvice(ProceedingJoinPoint joinpoint, ThreadLocalCache localCache) throws Throwable {
        Object[] args = joinpoint.getArgs();
        Method method = ((MethodSignature) joinpoint.getSignature()).getMethod();
        String className = joinpoint.getTarget().getClass().getName();
        String methodName = method.getName();
        String key = parseKey(localCache.key(), method, args, getDefaultKey(className, methodName, args));
        Map cache = ThreadLocalCacheManager.getCache();
        if (cache == null) {
            cache = new HashMap();
        }
        Map finalCache = cache;
        Map<String, Object> data = new HashMap<>();
        data.put("methodName", className + "." + methodName);
        Object cacheResult =  CatTransactionManager.newTransaction(() -> {
            if (finalCache.containsKey(key)) {
                return finalCache.get(key);
            }
            return null;
        }, "ThreadLocalCache", "CacheGet", data);
        if (cacheResult != null) {
            return cacheResult;
        }
        return CatTransactionManager.newTransaction(() -> {
            Object result = null;
            try {
                result = joinpoint.proceed();
            } catch (Throwable throwable) {
                throw new RuntimeException(throwable);
            }
            finalCache.put(key, result);
            ThreadLocalCacheManager.setCache(finalCache);
            return result;
        }, "ThreadLocalCache", "CachePut", data);
    }
    private String getDefaultKey(String className, String methodName, Object[] args) {
        String defaultKey = className + "." + methodName;
        if (args != null) {
            defaultKey = defaultKey + "." + JsonUtils.toJson(args);
        }
        return defaultKey;
    }
    private String parseKey(String key, Method method, Object[] args, String defaultKey){
        if (!StringUtils.hasText(key)) {
            return defaultKey;
        }
        LocalVariableTableParameterNameDiscoverer nameDiscoverer = new LocalVariableTableParameterNameDiscoverer();
        String[] paraNameArr = nameDiscoverer.getParameterNames(method);
        ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
        StandardEvaluationContext context = new StandardEvaluationContext();
        for(int i = 0;i < paraNameArr.length; i++){
            context.setVariable(paraNameArr[i], args[i]);
        }
        try {
            return parser.parseExpression(key).getValue(context, String.class);
        } catch (SpelEvaluationException e) {
            // 解析不出SPEL默认为类名+方法名+参数
            return defaultKey;
        }
    }
}

过滤器定义

/**
 * 线程缓存过滤器
 *
 * @作者 尹吉欢
 * @个人微信 jihuan900
 * @微信公众号 猿天地
 * @GitHub https://github.com/yinjihuan
 * @作者介绍 http://cxytiandi.com/about
 * @时间 2020-07-12 19:46
 */
@Slf4j
public class ThreadLocalCacheFilter implements Filter {
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
        filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse);
        // 执行完后清除缓存
        ThreadLocalCacheManager.removeCache();
    }
}

自动配置类

@Configuration
public class ThreadLocalCacheAutoConfiguration {
    @Bean
    public FilterRegistrationBean idempotentParamtFilter() {
        FilterRegistrationBean registration = new FilterRegistrationBean();
        ThreadLocalCacheFilter filter = new ThreadLocalCacheFilter();
        registration.setFilter(filter);
        registration.addUrlPatterns("/*");
        registration.setName("thread-local-cache-filter");
        registration.setOrder(1);
        return registration;
    }
    @Bean
    public ThreadLocalCacheAspect threadLocalCacheAspect() {
        return new ThreadLocalCacheAspect();
    }
}

使用案例

@Service
public class TestService {
    /**
     * ThreadLocalCache 会缓存，只对当前线程有效
     * @return
     */
    @ThreadLocalCache
    public String getName() {
        System.out.println("开始查询了");
        return "yinjihaun";
    }
    /**
     * 支持SPEL表达式
     * @param id
     * @return
     */
    @ThreadLocalCache(key = "#id")
    public String getName(String id) {
        System.out.println("开始查询了");
        return "yinjihaun" + id;
    }
}

功能代码：https://github.com/yinjihuan/kitty^[1]

案例代码：https://github.com/yinjihuan/kitty-samples^[2]

关于作者 ：尹吉欢，简单的技术爱好者，《Spring Cloud 微服务-全栈技术与案例解析》, 《Spring Cloud 微服务 入门 实战与进阶》作者。

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