JAVA中用动态代理类实现记忆功能(二)
2008-01-05 19:26:13 来源：WEB开发网核心提示：通过动态代理类来创建一个通用的缓存包装器上面第二种方法仅有的缺点就是缓存包装器不能重用,每次我们希望添加一个缓存给某个类,我们就要写一个非凡的缓存包装器给目标接口.这是一个很慢,轻易出错的过程.Jdk1.3开始支持动态代理类: 非凡的类能够在运行期决定实现哪个接口-通常的模式都是,在运行期即决定实现哪个接口.通过这个,
通过动态代理类来创建一个通用的缓存包装器
上面第二种方法仅有的缺点就是缓存包装器不能重用,每次我们希望添加一个缓存给某个类,我们就要写一个非凡的缓存包装器给目标接口.这是一个很慢,轻易出错的过程.
Jdk1.3开始支持动态代理类: 非凡的类能够在运行期决定实现哪个接口-通常的模式都是,在运行期即决定实现哪个接口.通过这个,我们有可能实现一个通用的缓存包装器,我们称它为Memoizer,在运行期决定实现哪个接口.这样, CachingBinaryDigitsCalculator就是不再需要的.它是这样被调用的:
BinaryDigitsCalculator calculator =
new CachingBinaryDigitsCalculator(
new PiBinaryDigitsCalculator()
);
可以通过Memoizer来重写如下:
BinaryDigitsCalculator calculator =
(BinaryDigitsCalculator) Memoizer.memoize(
new PiBinaryDigitsCalculator()
);
Memoizer的代码如下:
以下内容为程序代码import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.PRoxy;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
public class Memoizer implements InvocationHandler {
public static Object memoize(Object object) {
return Proxy.newProxyInstance(
object.getClass().getClassLoader(),
object.getClass().getInterfaces(),
new Memoizer(object)
);
}
private Object object;
private Map caches = new HashMap();
private Memoizer(Object object) {
this.object = object;
}
public Object invoke(Object proxy, Method method,
Object[] args) throws Throwable {
if (method.getReturnType().equals(Void.TYPE)) {
// Don't cache void methods
return invoke(method, args);
} else {
Map cache = getCache(method);
List key = Arrays.asList(args);
Object value = cache.get(key);
if (value == null && !cache.containsKey(key)) {
value = invoke(method, args);
cache.put(key, value);
}
return value;
}
}
private Object invoke(Method method, Object[] args)
throws Throwable {
try {
return method.invoke(object, args);
} catch (InvocationTargetException e) {
throw e.getTargetException();
}
}
private synchronized Map getCache(Method m) {
Map cache = (Map) caches.get(m);
if (cache == null) {
cache = Collections.synchronizedMap(
new HashMap()
);
caches.put(m, cache);
}
return cache;
}
}
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.PRoxy;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
public class Memoizer implements InvocationHandler {
public static Object memoize(Object object) {
return Proxy.newProxyInstance(
object.getClass().getClassLoader(),
object.getClass().getInterfaces(),
new Memoizer(object)
);
}
private Object object;
private Map caches = new HashMap();
private Memoizer(Object object) {
this.object = object;
}
public Object invoke(Object proxy, Method method,
Object[] args) throws Throwable {
if (method.getReturnType().equals(Void.TYPE)) {
// Don't cache void methods
return invoke(method, args);
} else {
Map cache = getCache(method);
List key = Arrays.asList(args);
Object value = cache.get(key);
if (value == null && !cache.containsKey(key)) {
value = invoke(method, args);
cache.put(key, value);
}
return value;
}
}
private Object invoke(Method method, Object[] args)
throws Throwable {
try {
return method.invoke(object, args);
} catch (InvocationTargetException e) {
throw e.getTargetException();
}
}
private synchronized Map getCache(Method m) {
Map cache = (Map) caches.get(m);
if (cache == null) {
cache = Collections.synchronizedMap(
new HashMap()
);
caches.put(m, cache);
}
return cache;
}
}
当调用静态方法memoize的时候,将会创建一个新的代理实例-也就是一个java.lang.reflect.proxy的实例.实现了一个接口集.这个接口集由object.getClass().getInterfaces()来决定.每个代理实例包含一个java.lang.reflect.InvocationHandler实例来处理这个代理实例调用的相关方法.在我们的例子里,Memoizer就是一个InvocationHandler实例.
当一个方法在代理实例里被调用,比如, calculateBinaryDigit,那么, Memoizer实例里的invoke方法就会被调用,相关信息会传给invoke方法,以决定proxy实例调用了哪个方法,包含参数信息.在我们的例子里,传入Memoizer的java.lang.Method参数是calculateBinaryDigit,而参数信息则是pi需要精确的位数-整数n.在这个基础上,Memoizer能够进一步进行缓存操作的.
在例子里(caches是一个Hashmap,cache是一个map)里用到的Key,主要是传入的方法信息:Method对象和参数对象. 为了实现的简单与通用性,Memoizer有一个关于cache的HashMap caches,每个method是一个key,对应的value为一个cache.然后把参数信息转化成一个List对象,作为cache的Key.使用List是很方便的,同时也可以保证equals()方法,所以能够保证当且仅当参数信息完全相同的时候这个List才相等.
一旦一个cache的Key被创建,那么,计算之前都会先查找这个cache,假如找到,则返回cache里的值.否则,假如带有这些参数的这个方法没有被调用过,那么,则会通过invoke来调用这个method.在我们的例子里, 实例PiBinaryDigitsCalculator 里的calculateBinaryDigit方法将会通过invoke被调用.而且计算结果将会被存在cache里.
何时使用Memoizer
作为一条通用的规则,Memoizer能够在任何需要传统的cache的时候使用-比如上面提到的例子. 非凡地,接口里每个需要使用记忆功能的method需要满足下面几条条件:
1. 这个method的返回值最好不要每次调用都会改变
2. 这个method不要有副效应
3. 这个method的参数是确定的,非mutable的.
显然,假如每次调用这个method返回值都不同,那么cache就毫无用处了.同样也是很重要的一点是,因为有副效应的method不会被重复,所以这个method不能有副效应(method自动更新某些状态).当然,void方法除外.
同样,memorize一个带有未定(mutable)参数的method是很危险的,因为,要把这些参数储存到hashmap里会是很危险的一件事.根据Map的定义,当这个Map里的key发生改变,Map是不知道的.所以,当你执行了一次这个method之后,相关信息添加进了Map,然后参数发生变异(mutate),第二次调用的时候,就会得到错误的结果.
性能
使用cache的主要目的就是为了提升你的程序的速度.然而,reflection确是众所周知的低效(在jdk1.4里有所改进,通过reflection调用方法是普通调用速度的1/2,这个比jdk1.3要快40倍).Memoizer主要依靠reflection来调用方法,所以,它看上去并不是一个好的途径.但是,假如使用cache能给程序速度带来的提升远高于reflection对速度的影响,那么,使用Memoizer是值得考虑的.
在我们对PiBinaryDigitsCalculator的测试中,测试环境为jdk1.4,当n小于10的时候,使不使用cache速度是相当的.但是,当n增大的时候,使用cache的优势就开始显示出来.所以,经常使用PiBinaryDigitsCalculator的用户,可以考虑使用cache.
不幸的是,唯一测试你的程序是否需要cache的途径是比较你的程序在两种情况下的运行效率.尽管如此,因为为一个程序构造一个cache包装器是很轻易的一件事,移除它也是很轻易的,下面的建议可以作为一个参考的步骤:
1. 选择需要记忆操作的类
2. 运行它
3. 假如效率是满足的,go to 6
4. 添加memoizer,使用cache
5. 假如效率没有显著提升,移初memoizer
6. 假如需要,重试.
理论上,你需要分析为一个类添加记忆功能对整个系统的影响.只有你自己清楚是否值得添加.有些方法,即使是计算量很大的,但是在这个系统里很少被调用,所以,没必要为它添加记忆功能.为了保证这个,我开发了一个更有特点的Memoizer,实现了一个叫做CacheStatistics的接口,你能从它得到cache的数量以及无效的cache.你可以使用它作为判定的一个尺度.
扩展Memoizer
修改Memoizer类来支持不同的cache策略是很简单的.一个比较普通的类型就是Least-Recently-Used(LRU)cahce,拥有固定数量的入口.这个cache确保入口不大于它的最大数目,假如超过,就摒弃最旧的缓存数据.也就是,能够从cache里得到的是新的数据.一个类可以使用LRU cache来防止一个程序长期保持一个状态.你可以仅仅传递一个参数给CacheFactory里的memoize方法来选择你需要的cache类型.下面的例子,LRU cache最多有1000个入口:
BinaryDigitsCalculator calculator =
(BinaryDigitsCalculator) Memoizer.memoize(
new PiBinaryDigitsCalculator(),
new LrUCacheFactory(1000)
);
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