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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