JavaScript实现TwoQueues缓存模型
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时间：2015年06月08日
本文所指TwoQueues缓存模型，是说数据在内存中的缓存模型。
无论何种语言，都可能需要把一部分数据放在内存中，避免重复运算、读取。最常见的场景就是JQuery选择器，有些Dom元素的选取是非常耗时的，我们希望能把这些数据缓存起来，不必每次调用都去重新遍历Dom树。
存就存吧，但总得有个量吧！总不能把所有的历史数据都放在内存中，毕竟目前内存的容量还是相当可怜的，就算内存够大，理论上每个线程分配的内存也是有限制的。
那么问题来了，如何才能高效的把真正有用的数据缓存起来呢？这就涉及到淘汰算法，需要把垃圾数据淘汰掉，才能保住有用的数据。
比较常用的思路有以下几种：
FIFO：就是一个先进先出的队列，最先缓存的数据，最早被淘汰，著名的JQuery框架内部就是用的这种模型。
LRU：双链表结构，每次有新数据存入，直接放在链表头；每次被访问的数据，也转移到链表头，这样一来，链表尾部的数据即是最近没被使用过的，淘汰之。
TwoQueues：FIFO+ LRU，FIFO主要存放初次存入的数据，LRU中存放至少使用过两次的热点数据，此算法命中率高，适应性强，复杂度低。
其他淘汰算法还有很多很多，但实际用的比较多的也就这两种。因为他们本身算法不复杂，容易实现，执行效率高，缓存的命中率在大多数场合也还可以接受。毕竟缓存算法也是需要消耗CPU的，如果太过复杂，虽然命中率有所提高，但得不偿失。试想一下，如果从缓存中取数据，比从原始位置取还消耗时间，要缓存何用？
具体理论就不多说了，网上有的是，我也不怎么懂，今天给大家分享的是JavaScript版的TwoQueues缓存模型。
还是先说说使用方法，很简单。
基本使用方法如下：
1 var tq = initTwoQueues(10); 2 tq.set("key", "value"); 3 tq.get("key");
初始化的时候，指定一下缓存容量即可。需要注意的是，由于内部采用FIFO+LRU实现，所以实际容量是指定容量的两倍，上例指定的是10个（键值对），实际上可以存放20个。
容量大小需要根据实际应用场景而定，太小命中率低，太大效率低，物极必反，需要自己衡量。
在开发过程中，为了审查缓存效果如何，可以将缓存池初始化成开发版：
1 var tq = initTwoQueues(10, true); 2 tq.hitRatio();
就是在后边加一个参数，直接true就可以了。这样初始化的缓存池，会自动统计命中率，可以通过hitRatio方法获取命中率。如果不加这个参数，hitRatio方法获取的命中率永远为0。
统计命中率肯定要消耗资源，所以生产环境下不建议开启。
是时候分享代码了：
1 (function(exports){ 2 3 /** 4 * 继承用的纯净类 5 * @constructor 6 */ 7 function Fn(){} 8 Fn.prototype = Elimination.prototype; 9 10 /** 11 * 基于链表的缓存淘汰算法父类 12 * @param maxLength 缓存容量 13 * @constructor 14 */ 15 function Elimination(maxLength){ 16 this.container = {}; 17 this.length = 0; 18 this.maxLength = maxLength || 30; 19 this.linkHead = this.buildNode("", ""); 20 this.linkHead.head = true; 21 this.linkTail = this.buildNode("", ""); 22 this.linkTail.tail = true; 23 24 this.linkHead.next = this.linkTail; 25 this.linkTail.prev = this.linkHead; 26 } 27 28 Elimination.prototype.get = function(key){ 29 throw new Error("This method must be override!"); 30 }; 31 32 Elimination.prototype.set = function(key, value){ 33 throw new Error("This method must be override!"); 34 }; 35 36 /** 37 * 创建链表中的节点 38 * @param data 节点包含的数据，即缓存数据值 39 * @param key 节点的唯一标示符，即缓存的键 40 * @returns {{}} 41 */ 42 Elimination.prototype.buildNode = function(data, key){ 43 var node = {}; 44 node.data = data; 45 node.key = key; 46 node.use = 0; 47 48 return node; 49 }; 50 51 /** 52 * 从链表头弹出一个节点 53 * @returns {*} 54 */ 55 Elimination.prototype.shift = function(){ 56 var node = null; 57 if(!this.linkHead.next.tail){ 58 node = this.linkHead.next; 59 this.linkHead.next = node.next; 60 node.next.prev = this.linkHead; 61 62 delete this.container[node.key]; 63 this.length--; 64 } 65 66 return node; 67 }; 68 69 /** 70 * 从链表头插入一个节点 71 * @param node 节点对象 72 * @returns {*} 73 */ 74 Elimination.prototype.unshift = function(node){ 75 node.next = this.linkHead.next; 76 this.linkHead.next.prev = node; 77 78 this.linkHead.next = node; 79 node.prev = this.linkHead; 80 81 this.container[node.key] = node; 82 this.length++; 83 84 return node; 85 }; 86 87 /** 88 * 从链表尾插入一个节点 89 * @param node 节点对象 90 * @returns {*} 91 */ 92 Elimination.prototype.append = function(node){ 93 94 this.linkTail.prev.next = node; 95 node.prev = this.linkTail.prev; 96 97 node.next = this.linkTail; 98 this.linkTail.prev = node; 99 100 this.container[node.key] = node; 101 this.length++; 102 103 return node; 104 }; 105 106 /** 107 * 从链表尾弹出一个节点 108 * @returns {*} 109 */ 110 Elimination.prototype.pop = function(){ 111 var node = null; 112 113 if(!this.linkTail.prev.head){ 114 node = this.linkTail.prev; 115 node.prev.next = this.linkTail; 116 this.linkTail.prev = node.prev; 117 118 delete this.container[node.key]; 119 this.length--; 120 } 121 122 return node; 123 }; 124 125 /** 126 * 从链表中移除指定节点 127 * @param node 节点对象 128 * @returns {*} 129 */ 130 Elimination.prototype.remove = function(node){ 131 node.prev.next = node.next; 132 node.next.prev = node.prev; 133 134 delete this.container[node.key]; 135 this.length--; 136 137 return node; 138 }; 139 140 /** 141 * 节点被访问需要做的处理，具体是把该节点移动到链表头 142 * @param node 143 */ 144 Elimination.prototype.use = function(node){ 145 this.remove(node); 146 this.unshift(node); 147 }; 148 149 150 /** 151 * LRU缓存淘汰算法实现 152 * @constructor 153 */ 154 function LRU(){ 155 Elimination.apply(this, arguments); 156 } 157 LRU.prototype = new Fn(); 158 159 LRU.prototype.get = function(key){ 160 var node = undefined; 161 162 node = this.container[key]; 163 164 if(node){ 165 this.use(node); 166 } 167 168 return node; 169 }; 170 171 LRU.prototype.set = function(key, value){ 172 var node = this.buildNode(value, key); 173 174 if(this.length === this.maxLength){ 175 this.pop(); 176 } 177 178 this.unshift(node); 179 }; 180 181 182 /** 183 * FIFO缓存淘汰算法实现 184 * @constructor 185 */ 186 function FIFO(){ 187 Elimination.apply(this, arguments); 188 } 189 FIFO.prototype = new Fn(); 190 191 FIFO.prototype.get = function(key){ 192 var node = undefined; 193 194 node = this.container[key]; 195 196 return node; 197 }; 198 199 FIFO.prototype.set = function(key, value){ 200 var node = this.buildNode(value, key); 201 202 if(this.length === this.maxLength){ 203 this.shift(); 204 } 205 206 this.append(node); 207 }; 208 209 210 /** 211 * LRU、FIFO算法封装，成为新的twoqueues缓存淘汰算法 212 * @param maxLength 213 * @constructor 214 */ 215 function Agent(maxLength){ 216 this.getCount = 0; 217 this.hitCount = 0; 218 this.lir = new FIFO(maxLength); 219 this.hir = new LRU(maxLength); 220 } 221 222 Agent.prototype.get = function(key){ 223 var node = undefined; 224 225 node = this.lir.get(key); 226 227 if(node){ 228 node.use++; 229 if(node.use >= 2){ 230 this.lir.remove(node); 231 this.hir.set(node.key, node.data); 232 } 233 }else{ 234 node = this.hir.get(key); 235 } 236 237 return node; 238 }; 239 240 Agent.prototype.getx = function(key){ 241 var node = undefined; 242 243 this.getCount++; 244 245 node = this.get(key); 246 247 if(node){ 248 this.hitCount++; 249 } 250 251 return node; 252 }; 253 254 Agent.prototype.set = function(key, value){ 255 var node = null; 256 257 node = this.lir.container[key] || this.hir.container[key]; 258 259 if(node){ 260 node.data = value; 261 }else{ 262 this.lir.set(key, value); 263 } 264 }; 265 266 /** 267 * 获取命中率 268 * @returns {*} 269 */ 270 Agent.prototype.hitRatio = function(){ 271 var ret = this.getCount; 272 273 if(ret){ 274 ret = this.hitCount / this.getCount; 275 } 276 277 return ret; 278 }; 279 280 /** 281 * 对外接口 282 * @param maxLength 缓存容量 283 * @param dev 是否为开发环境，开发环境会统计命中率，反之不会 284 * @returns {{get, set: Function, hitRatio: Function}} 285 */ 286 exports.initTwoQueues = function(maxLength, dev){ 287 288 var api = new Agent(maxLength); 289 290 return { 291 get: (function(){ 292 if(dev){ 293 return function(key){ 294 var ret = api.getx(key); 295 return ret && ret.data; 296 }; 297 }else{ 298 return function(key){ 299 var ret = api.get(key); 300 return ret && ret.data; 301 }; 302 } 303 }()), 304 set: function(){ 305 api.set.apply(api, arguments); 306 }, 307 hitRatio: function(){ 308 return api.hitRatio.apply(api, arguments); 309 } 310 }; 311 312 }; 313 314 315 }(this));
最后，再次提醒，缓存算法需要和实际应用场景相结合，没有万能算法，合适的才是最好的！
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