如何实现一个Cache

引子

遇到一个需求:N多个Cell,Cell不能点击,但是第二次出现到屏幕上的时候算已读,去除NEW标志(默认有)。
先分析是客户端做还是服务端做?
很明显是客户端做。因为他不同于新闻的已读,是点击进去之后改变状态的(新闻这个可以点击调用接口),我们的坑爹需求是不点击,展示就改变状态,那这个接口的调用就无极限了。而且我们也没有要求不同设备同步,所以也没有必要通知服务端。
于是在Cell出现的时候做这个操作。

我一开始的时候在当前页面做一个一级缓存,比如存储一个字典,Value就是Yes/NO。到时候找到Key(数据的唯一ID)=对应的Value是否YES,YES就隐藏NEW的标志。
在页面消失之前,再做一次二级缓存,把我的字典存储起来。

但回头想想,为什么我要用NSDictionary?因为我直觉要用,缓存表高度什么的,习惯用NSDictionary实现。那么NSArray可以吗,我可以把已经阅读过的ID存储到NSArray里,到时判断数组是否Contain这个ID来判断,那有什么区别?

NSDictionary和NSArray的区别

我的直观感觉未验证:NSDictionary查找Key的过程应该并不是一个遍历的行为,每一个key应该有一个hash,查找的过程就比较方便。Key与Value的映射用到了一个HashMap。
NSArray查找是否存在这个ID,做的是一个遍历。

回到题目上来 先比较一下系统的NSCache

NSDictionary和NSCache的3个常说的区别

1 NSDictionary的key必须实现copy,NSCache没有必要。那么为什么NSDictionary的key需要实现Copy?
我能查到的仅有资料告诉我,NSDictionary内部会将key,copy一份,可是至今我也没明白他内部要这么实现。
2 NSDictionary不是线程安全的,而NSCache是线程安全的,这一点在我们缓存一些表高度的时候就没有影响,但是如果在下载的图片时候用到缓存,就绝对不可以用NSDictionary了。
3 NSDictionary不会清除缓存,NSCache而会。这一点下面会说到NSCache的优点成了他被抛弃的最大缺点。(是不是很有哲学意味)

“NSCache 底层并没有用 NSDictionary 等已有的类,而是直接调用了 libcache.dylib,其中线程安全是由 pthread_mutex 完成的。另外,它的性能和 key 的相似度有关,如果有大量相似的 key (比如 “1”, “2”, “3”, …),NSCache 的存取性能会下降得非常厉害,大量的时间被消耗在 CFStringEqual() 上,不知这是不是 NSCache 本身设计的缺陷。”

NSCache的最大缺点

其实NSCache已经很不错,最大的缺点就是清除缓存的策略不透明,这个策略也无法从runtime中看到。因此我们可以看到几乎所有的有名的第三方都自己实现了自己的Cache,YYCache,SDCache等等等。

因此在不需要考虑线程安全和清除缓存的情况下我们会使用NSDictionary,在考虑的情况下往往也会自己实现一个Cache,所以总体上来说NSCache用的反而没NSDictionary多。

自己实现一个Cache的思路

需要改进什么?先去思考一个思路
NSCache最大的问题除了缓存的totalCostLimit自动清除缓存不可控制,还有写入的时候由于key的原因稍微慢点。
我们需要解决的就是NSCache的基础上改进这两点。
1 自动清除缓存的最佳算法。
2 读写快速且线程安全。

自动清除缓存的最佳算法

大家应该都注意到过一些桌面应用,比如360软件管家,会提醒你什么软件你多久没用了,是不是需要卸载,并且会将最长久没使用的软件放到最前面。
这其实就是一个LRU淘汰算法。
LRU(Least recently used,最近最少使用)算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据,其核心思想是“如果数据最近被访问过,那么将来被访问的几率也更高”。
LFU(Least Frequently Used)算法根据数据的历史访问频率来淘汰数据,其核心思想是“如果数据过去被访问多次,那么将来被访问的频率也更高”。

读写快速且线程安全

线程安全自然要考虑到加锁,读写快慢又需要考虑到锁的性能。YYCache的锁用的是OSSpinLock ,作者的解释如下

“关于锁:

OSSpinLock 自旋锁,性能最高的锁。原理很简单,就是一直 do while 忙等。它的缺点是当等待时会消耗大量 CPU 资源,所以它不适用于较长时间的任务。对于内存缓存的存取来说,它非常合适。

dispatch_semaphore 是信号量,但当信号总量设为 1 时也可以当作锁来。在没有等待情况出现时,它的性能比 pthread_mutex 还要高,但一旦有等待情况出现时,性能就会下降许多。相对于 OSSpinLock 来说,它的优势在于等待时不会消耗 CPU 资源。对磁盘缓存来说,它比较合适。

文末还有一篇对较各种锁的性能和安全性,没有最好的锁,只有在不同业务场景下使用最合适的锁。

YYCache 设计思路
深入理解 iOS 开发中的锁
不再安全的 OSSpinLock
两种常见的缓存淘汰算法LFU&LRU

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