Кэш гуавы

28 июля 2020 г. · 7 мин. чтения

Задача: Наибольшая подстрока без повторений

Для заданной строки s, найдите длину наибольшей подстроки без повторяющихся символов. Подстрока — это непрерывная непустая последовательность символов внутри строки...

ANDROMEDA 42

1. Обзор

В этом руководстве мы рассмотрим реализацию Guava Cache — базовое использование, политики исключения, обновление кеша и некоторые интересные массовые операции.

Наконец, мы рассмотрим использование уведомлений об удалении, которые кэш может отправлять.

2. Как использовать кеш гуавы

Давайте начнем с простого примера — давайте кэшируем заглавную форму экземпляров String .

Во-первых, мы создадим CacheLoader , который будет использоваться для вычисления значения, хранящегося в кеше. Исходя из этого, мы будем использовать удобный CacheBuilder для создания нашего кеша с использованием заданных спецификаций:

@Test
public void whenCacheMiss_thenValueIsComputed() {
    CacheLoader<String, String> loader;
    loader = new CacheLoader<String, String>() {
        @Override
        public String load(String key) {
            return key.toUpperCase();
        }
    };

    LoadingCache<String, String> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder().build(loader);

    assertEquals(0, cache.size());
    assertEquals("HELLO", cache.getUnchecked("hello"));
    assertEquals(1, cache.size());
}

Обратите внимание, что в кеше нет значения для нашего ключа «hello», поэтому значение вычисляется и кэшируется.

Также обратите внимание, что мы используем операцию getUnchecked() — она вычисляет и загружает значение в кеш, если оно еще не существует.

3. Политика выселения

Каждый кеш должен в какой-то момент удалить значения. Давайте обсудим механизм вытеснения значений из кеша — по разным критериям.

3.1. Выселение по размеру

Мы можем ограничить размер нашего кеша, используя maxSize() . Если кеш достигает предела, самые старые элементы будут удалены.

В следующем коде мы ограничиваем размер кеша тремя записями:

@Test
public void whenCacheReachMaxSize_thenEviction() {
    CacheLoader<String, String> loader;
    loader = new CacheLoader<String, String>() {
        @Override
        public String load(String key) {
            return key.toUpperCase();
        }
    };
    LoadingCache<String, String> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder().maximumSize(3).build(loader);

    cache.getUnchecked("first");
    cache.getUnchecked("second");
    cache.getUnchecked("third");
    cache.getUnchecked("forth");
    assertEquals(3, cache.size());
    assertNull(cache.getIfPresent("first"));
    assertEquals("FORTH", cache.getIfPresent("forth"));
}

3.2. Выселение по весу

Мы также можем ограничить размер кеша, используя пользовательскую функцию веса. В следующем коде мы используем длину в качестве нашей пользовательской функции веса:

@Test
public void whenCacheReachMaxWeight_thenEviction() {
    CacheLoader<String, String> loader;
    loader = new CacheLoader<String, String>() {
        @Override
        public String load(String key) {
            return key.toUpperCase();
        }
    };

    Weigher<String, String> weighByLength;
    weighByLength = new Weigher<String, String>() {
        @Override
        public int weigh(String key, String value) {
            return value.length();
        }
    };

    LoadingCache<String, String> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder()
      .maximumWeight(16)
      .weigher(weighByLength)
      .build(loader);

    cache.getUnchecked("first");
    cache.getUnchecked("second");
    cache.getUnchecked("third");
    cache.getUnchecked("last");
    assertEquals(3, cache.size());
    assertNull(cache.getIfPresent("first"));
    assertEquals("LAST", cache.getIfPresent("last"));
}

Примечание. Кэш может удалить более одной записи, чтобы освободить место для новой большой записи.

3.3. Выселение по времени

Помимо использования размера для удаления старых записей, мы можем использовать время. В следующем примере мы настраиваем наш кеш для удаления записей, которые простаивали в течение 2 мс :

@Test
public void whenEntryIdle_thenEviction()
  throws InterruptedException {
    CacheLoader<String, String> loader;
    loader = new CacheLoader<String, String>() {
        @Override
        public String load(String key) {
            return key.toUpperCase();
        }
    };

    LoadingCache<String, String> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder()
      .expireAfterAccess(2,TimeUnit.MILLISECONDS)
      .build(loader);

    cache.getUnchecked("hello");
    assertEquals(1, cache.size());

    cache.getUnchecked("hello");
    Thread.sleep(300);

    cache.getUnchecked("test");
    assertEquals(1, cache.size());
    assertNull(cache.getIfPresent("hello"));
}

Мы также можем исключать записи на основе их общего времени жизни . В следующем примере кеш удалит записи через 2 мс после их сохранения:

@Test
public void whenEntryLiveTimeExpire_thenEviction()
  throws InterruptedException {
    CacheLoader<String, String> loader;
    loader = new CacheLoader<String, String>() {
        @Override
        public String load(String key) {
            return key.toUpperCase();
        }
    };

    LoadingCache<String, String> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder()
      .expireAfterWrite(2,TimeUnit.MILLISECONDS)
      .build(loader);

    cache.getUnchecked("hello");
    assertEquals(1, cache.size());
    Thread.sleep(300);
    cache.getUnchecked("test");
    assertEquals(1, cache.size());
    assertNull(cache.getIfPresent("hello"));
}

4. Слабые ключи

Далее давайте посмотрим, как сделать так, чтобы наши ключи кеша имели слабые ссылки, позволяя сборщику мусора собирать ключи кеша, на которые нет ссылок где-либо еще.

По умолчанию ключи и значения кеша имеют сильные ссылки, но мы можем заставить наш кеш хранить ключи, используя слабые ссылки, используя weakKeys() , как в следующем примере:

@Test
public void whenWeakKeyHasNoRef_thenRemoveFromCache() {
    CacheLoader<String, String> loader;
    loader = new CacheLoader<String, String>() {
        @Override
        public String load(String key) {
            return key.toUpperCase();
        }
    };

    LoadingCache<String, String> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder().weakKeys().build(loader);
}

5. Мягкие значения

Мы можем позволить сборщику мусора собирать наши кэшированные значения, используя softValues() , как в следующем примере:

@Test
public void whenSoftValue_thenRemoveFromCache() {
    CacheLoader<String, String> loader;
    loader = new CacheLoader<String, String>() {
        @Override
        public String load(String key) {
            return key.toUpperCase();
        }
    };

    LoadingCache<String, String> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder().softValues().build(loader);
}

Примечание. Многие программные ссылки могут повлиять на производительность системы — предпочтительно использовать maxSize() .

6. Обработка `нулевых` значений

Теперь давайте посмотрим, как обрабатывать нулевые значения кеша. По умолчанию Guava Cache будет генерировать исключения, если вы попытаетесь загрузить нулевое значение, поскольку нет никакого смысла кэшировать нулевое значение .

Но если нулевое значение что-то означает в вашем коде, вы можете эффективно использовать класс Optional , как в следующем примере:

@Test
public void whenNullValue_thenOptional() {
    CacheLoader<String, Optional<String>> loader;
    loader = new CacheLoader<String, Optional<String>>() {
        @Override
        public Optional<String> load(String key) {
            return Optional.fromNullable(getSuffix(key));
        }
    };

    LoadingCache<String, Optional<String>> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder().build(loader);

    assertEquals("txt", cache.getUnchecked("text.txt").get());
    assertFalse(cache.getUnchecked("hello").isPresent());
}
private String getSuffix(final String str) {
    int lastIndex = str.lastIndexOf('.');
    if (lastIndex == -1) {
        return null;
    }
    return str.substring(lastIndex + 1);
}

7. Обновить кеш

Далее давайте посмотрим, как обновить наши значения кеша.

7.1. Обновление вручную

Мы можем обновить один ключ вручную с помощью LoadingCache.refresh(key).

String value = loadingCache.get("key");
loadingCache.refresh("key");

Это заставит CacheLoader загрузить новое значение для ключа.

Пока новое значение не будет успешно загружено, get(key) вернет предыдущее значение ключа . ``

7.2. Автоматическое обновление

Мы можем использовать CacheBuilder.refreshAfterWrite(duration) для автоматического обновления кэшированных значений.

@Test
public void whenLiveTimeEnd_thenRefresh() {
    CacheLoader<String, String> loader;
    loader = new CacheLoader<String, String>() {
        @Override
        public String load(String key) {
            return key.toUpperCase();
        }
    };

    LoadingCache<String, String> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder()
      .refreshAfterWrite(1,TimeUnit.MINUTES)
      .build(loader);
}

Важно понимать, что refreshAfterWrite(duration) делает ключ пригодным для обновления только после указанной продолжительности . Значение будет фактически обновлено только тогда, когда соответствующая запись будет запрошена с помощью get(key).

8. Предварительно загрузите кэш

Мы можем вставить несколько записей в наш кеш, используя метод putAll() . В следующем примере мы добавляем несколько записей в наш кеш с помощью карты :

@Test
public void whenPreloadCache_thenUsePutAll() {
    CacheLoader<String, String> loader;
    loader = new CacheLoader<String, String>() {
        @Override
        public String load(String key) {
            return key.toUpperCase();
        }
    };

    LoadingCache<String, String> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder().build(loader);

    Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
    map.put("first", "FIRST");
    map.put("second", "SECOND");
    cache.putAll(map);

    assertEquals(2, cache.size());
}

9. Уведомление об удалении

Иногда вам нужно предпринять какие-то действия, когда запись удаляется из кеша; Итак, давайте обсудим RemovalNotification .

Мы можем зарегистрировать RemovalListener , чтобы получать уведомления об удалении записи. У нас также есть доступ к причине удаления — через метод getCause() .

В следующем примере RemovalNotification получен, когда четвертый элемент в кеше из-за его размера:

@Test
public void whenEntryRemovedFromCache_thenNotify() {
    CacheLoader<String, String> loader;
    loader = new CacheLoader<String, String>() {
        @Override
        public String load(final String key) {
            return key.toUpperCase();
        }
    };

    RemovalListener<String, String> listener;
    listener = new RemovalListener<String, String>() {
        @Override
        public void onRemoval(RemovalNotification<String, String> n){
            if (n.wasEvicted()) {
                String cause = n.getCause().name();
                assertEquals(RemovalCause.SIZE.toString(),cause);
            }
        }
    };

    LoadingCache<String, String> cache;
    cache = CacheBuilder.newBuilder()
      .maximumSize(3)
      .removalListener(listener)
      .build(loader);

    cache.getUnchecked("first");
    cache.getUnchecked("second");
    cache.getUnchecked("third");
    cache.getUnchecked("last");
    assertEquals(3, cache.size());
}

10. Примечания

Наконец, вот несколько дополнительных быстрых заметок о реализации кэша Guava:

это потокобезопасно
вы можете вручную вставлять значения в кеш, используя put(key,value)
вы можете измерить производительность кэша с помощью CacheStats ( hitRate() , missRate() , ..)

11. Заключение

В этом руководстве мы рассмотрели множество вариантов использования кеша Guava — от простого использования до вытеснения элементов, обновления и предварительной загрузки кеша и уведомлений об удалении.

Как обычно, все примеры можно найти на GitHub .

Задача: Наибольшая подстрока без повторений

1. Обзор​

2. Как использовать кеш гуавы​

3. Политика выселения​

3.1. Выселение по размеру​

3.2. Выселение по весу​

3.3. Выселение по времени​

4. Слабые ключи​

5. Мягкие значения​

6. Обработка нулевых значений​

7. Обновить кеш​

7.1. Обновление вручную​

7.2. Автоматическое обновление​

8. Предварительно загрузите кэш​

9. Уведомление об удалении​

10. Примечания​

11. Заключение​