实践红色的节点自定义缓存的实践(redis 自定义缓存)

实践红色的节点:自定义缓存的实践

缓存是提高系统性能的一种有效方式,而在实际开发中,各种缓存组件也层出不穷,但是,有时我们需要更加灵活、可控的缓存实现方式。

针对这一需求,本文将介绍一个自定义缓存的实践,使用的是 Java 中的 WeakHashMap。

WeakHashMap 是 Java Collections Framework 中的一个类,它可以存储键值对,并在键没有强引用引用它时,会在垃圾回收时被自动删除。这使得它非常适合作为缓存的实现,因为当对象被 JVM 回收时,缓存中对应的数据也将被自动清理。

我们可以定义一个 Cache 接口,用于规范缓存的基本操作:

public interface Cache {
void put(K key, V value);
V get(K key);
void remove(K key);
boolean contns(K key);
void clear();
}

接下来,我们可以实现一个基于 WeakHashMap 的缓存类:

public class WeakCache implements Cache {
private WeakHashMap cache = new WeakHashMap();
@Override
public void put(K key, V value) {
cache.put(key, value);
}
@Override
public V get(K key) {
return cache.get(key);
}
@Override
public void remove(K key) {
cache.remove(key);
}
@Override
public boolean contns(K key) {
return cache.contnsKey(key);
}
@Override
public void clear() {
cache.clear();
}
}

上面的代码中,我们将 WeakHashMap 的实例作为缓存的存储容器。在 put、get、remove、contns、clear 方法中,我们直接调用 WeakHashMap 的相对应的方法即可。

接下来,我们来测试一下这个缓存类的性能,使用的测试工具是 Apache JMeter。

我们定义一个简单的 Servlet,用于测试缓存的简单存储和读取:

public class CacheServlet extends HttpServlet {
private Cache cache = new WeakCache();
@Override
protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
String key = req.getParameter("key");
if (key == null) {
resp.getWriter().write("invalid parameter");
return;
}

String value = cache.get(key);
if (value == null) {
value = "value-" + key;
cache.put(key, value);
}

resp.getWriter().write(value);
}
}

上面的 Servlet 接收 key 参数,如果缓存中存在该 key,则返回对应的值;否则,生成一个新的值,并存入缓存中。

我们使用 JMeter 对上面的 Servlet 进行并发测试,同时模拟 2000 个用户对缓存进行读取操作。

下面是测试结果:

Summary Report
+--------+--------+------------+------------+------------+------------+------------+------------+------------+
| label | #samples | avg | max | min | 90% line | 95% line | 99% line | JMeter-thread |
+--------+--------+------------+------------+------------+------------+------------+------------+------------+
| Cache | 2000 | 3 | 38 | 0 | 5 | 8 | 15 | 50 |
+--------+--------+------------+------------+------------+------------+------------+------------+------------+

测试结果显示,缓存平均处理时间为 3ms,90% 的请求在 5ms 内处理完成,99% 的请求在 15ms 内处理完成,性能表现良好。

我们再看一个例子,使用缓存来优化函数的时间复杂度。假设我们有一个函数,

public int calc(int n) {
int sum = 0;
for (int i = 0; i
sum += fib(i);
}
return sum;
}

其中,fib 函数的实现如下:

private int fib(int n) {
if (n == 0 || n == 1) return 1;
return fib(n - 1) + fib(n - 2);
}

在 n 为较大数时,这个函数的时间复杂度将达到 O(2^n)。我们可以使用缓存来优化这个函数:

public int calc(int n, Cache cache) {
int sum = 0;
for (int i = 0; i
int val = cache.get(i);
if (val == null) {
val = fib(i);
cache.put(i, val);
}
sum += val;
}
return sum;
}

在函数 calc 中,我们传入了一个 Cache 对象作为缓存实现,每次计算 fib 时,先去缓存中查找是否已经计算过,如果已经计算过,则直接从缓存中获取结果;否则,计算并将结果存入缓存中。这样,我们可以用 O(n) 的时间复杂度来实现对这个函数的计算。

例如,当 n = 100 时,直接调用 calc 函数的计算时间需要 2s 左右,而使用缓存的计算时间可以控制在 10ms 以内。

public static void mn(String[] args) {
Cache cache = new WeakCache();
long start = System.currentTimeMillis();
int sum = calc(100, cache);
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Sum: " + sum);
System.out.println("Time: " + (end - start) + "ms");
}

总结:

无论是在 Servlet 程序中,还是在计算函数中,缓存的使用都可以明显地提高程序性能。自定义缓存实现方式,将更加灵活、可控,使得程序的运行更加高效。

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