控制结构(6): 最近最少使用（LRU）
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基于语言提供的基本控制结构，更好地组织和表达程序，需要良好的控制结构。
There are only two hard things in computer science: cache invalidation and naming things.
--Phil Karlton
前情回顾
上一次，我们写了资源打开关闭自动化的控制结构。有熟悉ObjectC语言的朋友补充了一个苹果的做法: autorelease pool
比如说Lock，可以这么声明：
@autoreleasepool{
id lock = [Lock lock]; // autorelease 对象, 创建后 lock, dealloc 时释放
}
它的主要作用是，延迟对象的释放。对一个对象调用 autorelease 方法，那么它就被保存到最里层的 autorelease pool。当 autorelease pool 块结束的时候，对里面所有的对象发送一次 release。Objective-C 里有大量的对象都是通过 autorelease pool 管理。
也可以通过autoreleasepool做性能优化：
for(int i=0; i<100; i++){
create_lots_autoreleased_objects();
}
这段代码可以被优化成：
for(int i=0; i<100; i++){
@autoreleasepool{
create_lots_autoreleased_objects();
}
}
这个相当于是加速了内存的释放流程，降低了峰值内存占用。那么，其他语言有这种便利么？
典型代码
function send(pkg, onComplete){
let connection = new Connection(name);
connection.open(function(err){
connection.send(pkg, function(err){
connection.close();
onComplete();
});
})
}
结构分析
又是open，close。当然可以使用前一节讲到的方法。但这不是本节的主题，前一节实际上做了一个潜在假设，就是存在一个连接池子，下面的open和close里面获取资源和释放资源都是从资源池里取出和放回的:
open(onComplete) {
let self = this;
/**get from pool*/
self.m_database.getPOOL().getConnection(function(err, conn) {
if (err) {
return onComplete(err);
}
self.m_conn = conn;
onComplete(0);
});
}
close() {
let self = this;
/**release to pool*/
self.m_conn.release();
}
如果你的资源不是个数据库，例如一个TCP连接，那么open和close是实实在在的打开和关闭连接，频繁操作就有性能问题。所以我们需要自己定制一个连接池。例如下面的实现：
class ConnectionPool{
constructor(capacity,ttl){
this.m_pool = {};
this.m_capacity = capacity;
this.m_ttl = ttl;
}
init(){
let self = this;
base.setTimer(function(){
self.trimeByTimeout();
}, 30*1000);
}
trimeByTimeout(){
let self = this;
/**剔除超时的连接*/
for(let name in self.m_pool){
let item = self.m_pool[name];
let elapse = base.getNow()-item.updateTime;
if(elapse>self.m_ttl){
self.remove(item);
}
}
}
getConnection(name,onComplete){
let self = this;
let item = self.peek();
self.open(item,(err){
onComplete(err, item.conn);
});
}
peek(name){
let self = this;
let cache = self.getCache(name);
if(cache){
return cache;
}
self.trimeByLRU();
let conn = self.create(name);
let item = self.insert(name, conn);
return item;
}
getCache(name){
let self = this;
/**获取缓存，也可以加入使用频次的统计，根据使用频次来选取*/
let cache = self.m_pool[name];
if(cache){
cache.updateTime = base.getNow();
return cache;
}else{
return null;
}
}
trimeByLRU(){
let self = this;
/**剔除最不活跃的连接*/
if(self.overflow()){
let minItem = self.findMinItem();
if(minItem!=null){
self.remove(minItem);
}
}
}
overflow(){
let self = this;
let length = Object.keys(self.m_pool).length;
return length > self.m_capacity;
}
findMinItem(){
let self = this;
let min = Infinity;
let minItem = null;
for(let name in slef.m_pool){
let item = self.m_pool[name];
if(item.updateTime<min){
min = item.upddateTime;
minItem = item;
}
}
return minItem;
}
create(name){
let conn = new Connection(name);
return conn;
}
open(item, onComplete){
let self = this;
if(item.refCount===0){
item.conn.open(onComplete);
}else{
item.refCount++;
onComplete(0);
}
}
release(item){
let self = this;
item.refCount--;
if(item.refCount===0){
if(item.markRemove){
delete self.m_pool[item.name];
item.conn.close();
}
}else{
// ignore
}
}
insert(name, conn){
let self = this;
let item = {
updateTime: base.getNow(),
conn: conn,
refCount: 0,
markRemove: false,
name: name,
}
/**给conn添加release方法*/
item.conn.release = function(){
self.release(item);
}
self.m_pool[name] = item;
return item;
}
remove(item){
let self = this;
if(item.refCount>0){
item.markRemove = true;
}else{
delete self.m_pool[item.name];
item.conn.close();
}
}
}
有了连接池，就可以像常规一样使用Connection：
function test(){
let pool = new ConnectionPool(32,30*1000);
pool.init();
pool.getConnection(function(err, conn)=>{
conn.connect(function(err){
//...
conn.release();
})
});
}
语义分析
Least Recently Used, 简称LRU，是一种常用的缓存思路。基本思想是从资源池里剔除最近最少使用的资源条目。
编程中经常有优化的需求，例如缓存。但是很容易出现所谓的碎片优化，例如在需要使用资源的地方，每个地方都去手工持有资源的缓存，就不是一种好的方法，如果有多个协作者，还会导致每个人都自己做了一份缓存，或者在源代码的多个地方对同一类资源重复做缓存。
正确的做法应该是：
- 使用资源的地方保持资源使用的最简单形式：打开，使用，关闭（当然你可以使用自动化手法）
- 提供统一并且单点的资源池实现，在一个地方把资源的缓存做好。
