JavaScript緩存的案例分析

這篇文章主要介紹JavaScript緩存的案例分析，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

隨著我們的應(yīng)用程序的不斷增長(zhǎng)并開始進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算時(shí)，對(duì)速度的需求越來越高，所以流程的優(yōu)化變得必不可少。 當(dāng)我們忽略這個(gè)問題時(shí)，我們最終的程序需要花費(fèi)大量時(shí)間并在執(zhí)行期間消耗大量的系統(tǒng)資源。

緩存是一種優(yōu)化技術(shù)，通過存儲(chǔ)開銷大的函數(shù)執(zhí)行的結(jié)果，并在相同的輸入再次出現(xiàn)時(shí)返回已緩存的結(jié)果，從而加快應(yīng)用程序的速度。

如果這對(duì)你沒有多大意義，那沒關(guān)系。 本文深入解釋了為什么需要進(jìn)行緩存，緩存是什么，如何實(shí)現(xiàn)以及何時(shí)應(yīng)該使用緩存。

什么是緩存

緩存是一種優(yōu)化技術(shù)，通過存儲(chǔ)開銷大的函數(shù)執(zhí)行的結(jié)果，并在相同的輸入再次出現(xiàn)時(shí)返回已緩存的結(jié)果，從而加快應(yīng)用程序的速度。

在這一點(diǎn)上，我們很清楚，緩存的目的是減少執(zhí)行“昂貴的函數(shù)調(diào)用”所花費(fèi)的時(shí)間和資源。

什么是昂貴的函數(shù)調(diào)用?別搞混了，我們不是在這里花錢。在計(jì)算機(jī)程序的上下文中，我們擁有的兩種主要資源是時(shí)間和內(nèi)存。因此，一個(gè)昂貴的函數(shù)調(diào)用是指一個(gè)函數(shù)調(diào)用中，由于計(jì)算量大，在執(zhí)行過程中大量占用了計(jì)算機(jī)的資源和時(shí)間。

然而，就像對(duì)待金錢一樣，我們需要節(jié)約。為此，使用緩存來存儲(chǔ)函數(shù)調(diào)用的結(jié)果，以便在將來的時(shí)間內(nèi)快速方便地訪問。

緩存只是一個(gè)臨時(shí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，它保存數(shù)據(jù)，以便將來對(duì)該數(shù)據(jù)的請(qǐng)求能夠更快地得到處理。

因此，當(dāng)一個(gè)昂貴的函數(shù)被調(diào)用一次時(shí)，結(jié)果被存儲(chǔ)在緩存中，這樣，每當(dāng)在應(yīng)用程序中再次調(diào)用該函數(shù)時(shí)，結(jié)果就會(huì)從緩存中非?？焖俚厝〕?，而不需要重新進(jìn)行任何計(jì)算。

為什么緩存很重要?

下面是一個(gè)實(shí)例，說明了緩存的重要性:

想象一下，你正在公園里讀一本封面很吸引人的新小說。每次一個(gè)人經(jīng)過，他們都會(huì)被封面吸引，所以他們會(huì)問書名和作者。第一次被問到這個(gè)問題的時(shí)候，你翻開書，讀出書名和作者的名字?，F(xiàn)在越來越多的人來這里問同樣的問題。你是一個(gè)很好的人,所以你回答所有問題。

你會(huì)翻開封面，把書名和作者的名字一一告訴他，還是開始憑記憶回答?哪個(gè)能節(jié)省你更多的時(shí)間?

發(fā)現(xiàn)其中的相似之處了嗎?使用記憶法，當(dāng)函數(shù)提供輸入時(shí)，它執(zhí)行所需的計(jì)算并在返回值之前將結(jié)果存儲(chǔ)到緩存中。如果將來接收到相同的輸入，它就不必一遍又一遍地重復(fù)，它只需要從緩存(內(nèi)存)中提供答案。

緩存是怎么工作的

JavaScript 中的緩存的概念主要建立在兩個(gè)概念之上，它們分別是:

• 閉包
• 高階函數(shù)(返回函數(shù)的函數(shù))

閉包

閉包是函數(shù)和聲明該函數(shù)的詞法環(huán)境的組合。

不是很清楚? 我也這么認(rèn)為。

為了更好的理解，讓我們快速研究一下 JavaScript 中詞法作用域的概念，詞法作用域只是指程序員在編寫代碼時(shí)指定的變量和塊的物理位置。如下代碼：

function foo(a) {
  var b = a + 2;
  function bar(c) {
    console.log(a, b, c);
  }
  bar(b * 2);
}

foo(3); // 3, 5, 10

從這段代碼中，我們可以確定三個(gè)作用域:

• 全局作用域（包含 foo 作為唯一標(biāo)識(shí)符）
• foo 作用域，它有標(biāo)識(shí)符 a、b 和 bar
• bar 作用域，包含 c 標(biāo)識(shí)符

仔細(xì)查看上面的代碼，我們注意到函數(shù) foo 可以訪問變量 a 和 b，因?yàn)樗短自?foo 中。注意，我們成功地存儲(chǔ)了函數(shù) bar 及其運(yùn)行環(huán)境。因此，我們說 bar 在 foo 的作用域上有一個(gè)閉包。

你可以在遺傳的背景下理解這一點(diǎn)，即個(gè)體有機(jī)會(huì)獲得并表現(xiàn)出遺傳特征，即使是在他們當(dāng)前的環(huán)境之外，這個(gè)邏輯突出了閉包的另一個(gè)因素，引出了我們的第二個(gè)主要概念。

從函數(shù)返回函數(shù)

通過接受其他函數(shù)作為參數(shù)或返回其他函數(shù)的函數(shù)稱為高階函數(shù)。

閉包允許我們?cè)诜忾]函數(shù)的外部調(diào)用內(nèi)部函數(shù)，同時(shí)保持對(duì)封閉函數(shù)的詞法作用域的訪問

讓我們對(duì)前面的示例中的代碼進(jìn)行一些調(diào)整，以解釋這一點(diǎn)。

function foo(){
  var a = 2;

  function bar() {
    console.log(a);
  }
  return bar;
}
var baz = foo();
baz();//2

注意函數(shù) foo 如何返回另一個(gè)函數(shù) bar。這里我們執(zhí)行函數(shù) foo 并將返回值賦給baz。但是在本例中，我們有一個(gè)返回函數(shù)，因此，baz 現(xiàn)在持有對(duì) foo 中定義的bar 函數(shù)的引用。

最有趣的是，當(dāng)我們?cè)?foo 的詞法作用域之外執(zhí)行函數(shù) baz 時(shí)，仍然會(huì)得到 a 的值，這怎么可能呢?

請(qǐng)記住，由于閉包的存在，bar 總是可以訪問 foo 中的變量(繼承的特性)，即使它是在 foo 的作用域之外執(zhí)行的。

案例研究:斐波那契數(shù)列

斐波那契數(shù)列是什么?

斐波那契數(shù)列是一組數(shù)字，以1 或 0 開頭，后面跟著1，然后根據(jù)每個(gè)數(shù)字等于前兩個(gè)數(shù)字之和規(guī)則進(jìn)行。如

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, …

或者

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, …

挑戰(zhàn):編寫一個(gè)函數(shù)返回斐波那契數(shù)列中的 n 元素，其中的序列是:

[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, …]

知道每個(gè)值都是前兩個(gè)值的和，這個(gè)問題的遞歸解是:

function fibonacci(n) {
  if (n <= 1) {
    return 1
  }
  return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2)
}

確實(shí)簡(jiǎn)潔準(zhǔn)確!但是，有一個(gè)問題。請(qǐng)注意，當(dāng) n 的值到終止遞歸之前，需要做大量的工作和時(shí)間，因?yàn)樾蛄兄写嬖趯?duì)某些值的重復(fù)求值。

看看下面的圖表，當(dāng)我們?cè)噲D計(jì)算 fib(5)時(shí)，我們注意到我們反復(fù)地嘗試在不同分支的下標(biāo) 0,1,2,3 處找到 Fibonacci 數(shù)，這就是所謂的冗余計(jì)算，而這正是緩存所要消除的。

function fibonacci(n, memo) {
  memo = memo || {}
  if (memo[n]) {
    return memo[n]
  }
  if (n <= 1) {
    return 1
  }

  return memo[n] = fibonacci(n-1, memo) + fibonacci(n-2, memo)
}

在上面的代碼片段中，我們調(diào)整函數(shù)以接受一個(gè)可選參數(shù) memo。我們使用 memo 對(duì)象作為緩存來存儲(chǔ)斐波那契數(shù)列，并將其各自的索引作為鍵，以便在執(zhí)行過程中稍后需要時(shí)檢索它們。

memo = memo || {}

在這里，檢查是否在調(diào)用函數(shù)時(shí)將 memo 作為參數(shù)接收。如果有，則初始化它以供使用;如果沒有，則將其設(shè)置為空對(duì)象。

if (memo[n]) {
  return memo[n]
}

接下來，檢查當(dāng)前鍵 n 是否有緩存值，如果有，則返回其值。

和之前的解一樣，我們指定了 n 小于等于 1 時(shí)的終止遞歸。

最后，我們遞歸地調(diào)用n值較小的函數(shù)，同時(shí)將緩存值(memo)傳遞給每個(gè)函數(shù)，以便在計(jì)算期間使用。這確保了在以前計(jì)算并緩存值時(shí)，我們不會(huì)第二次執(zhí)行如此昂貴的計(jì)算。我們只是從 memo 中取回值。

注意，我們?cè)诜祷鼐彺嬷皩⒆罱K結(jié)果添加到緩存中。

使用 JSPerf 測(cè)試性能

可以使用些鏈接來性能測(cè)試。在那里，我們運(yùn)行一個(gè)測(cè)試來評(píng)估使用這兩種方法執(zhí)行fibonacci(20) 所需的時(shí)間。結(jié)果如下:

哇! ! !這讓人很驚訝，使用緩存的 fibonacci 函數(shù)是最快的。然而，這一數(shù)字相當(dāng)驚人。它執(zhí)行 126,762 ops/sec，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于執(zhí)行 1,751 ops/sec 的純遞歸解決方案，并且比較沒有緩存的遞歸速度大約快 99%。

注:“ops/sec”表示每秒的操作次數(shù)，就是一秒鐘內(nèi)預(yù)計(jì)要執(zhí)行的測(cè)試次數(shù)。

現(xiàn)在我們已經(jīng)看到了緩存在函數(shù)級(jí)別上對(duì)應(yīng)用程序的性能有多大的影響。這是否意味著對(duì)于應(yīng)用程序中的每個(gè)昂貴函數(shù)，我們都必須創(chuàng)建一個(gè)修改后的變量來維護(hù)內(nèi)部緩存?

不，回想一下，我們通過從函數(shù)返回函數(shù)來了解到，即使在外部執(zhí)行它們，它們也會(huì)導(dǎo)致它們繼承父函數(shù)的范圍，這使得可以將某些特征和屬性從封閉函數(shù)傳遞到返回的函數(shù)。

使用函數(shù)的方式

在下面的代碼片段中，我們創(chuàng)建了一個(gè)高階的函數(shù) memoizer。有了這個(gè)函數(shù)，將能夠輕松地將緩存應(yīng)用到任何函數(shù)。

function memoizer(fun) {
  let cache = {}
  return function (n) {
    if (cache[n] != undefined) {
      return cache[n]
    } else {
      let result = fun(n)
      cache[n] = result
      return result
    }
  }
}

上面，我們簡(jiǎn)單地創(chuàng)建一個(gè)名為 memoizer 的新函數(shù)，它接受將函數(shù) fun 作為參數(shù)進(jìn)行緩存。在函數(shù)中，我們創(chuàng)建一個(gè)緩存對(duì)象來存儲(chǔ)函數(shù)執(zhí)行的結(jié)果，以便將來使用。

從 memoizer 函數(shù)中，我們返回一個(gè)新函數(shù)，根據(jù)上面討論的閉包原則，這個(gè)函數(shù)無論在哪里執(zhí)行都可以訪問 cache。

在返回的函數(shù)中，我們使用 if..else 語句檢查是否已經(jīng)有指定鍵(參數(shù)) n 的緩存值。如果有，則取出并返回它。如果沒有，我們使用函數(shù)來計(jì)算結(jié)果，以便緩存。然后，我們使用適當(dāng)?shù)逆I n 將結(jié)果添加到緩存中，以便以后可以從那里訪問它。最后，我們返回了計(jì)算結(jié)果。

很順利!

要將 memoizer 函數(shù)應(yīng)用于最初遞歸的 fibonacci 函數(shù)，我們調(diào)用 memoizer 函數(shù)，將 fibonacci 函數(shù)作為參數(shù)傳遞進(jìn)去。

const fibonacciMemoFunction = memoizer(fibonacciRecursive)

測(cè)試 memoizer 函數(shù)

當(dāng)我們將 memoizer 函數(shù)與上面的例子進(jìn)行比較時(shí)，結(jié)果如下:

memoizer 函數(shù)以 42,982,762 ops/sec 的速度提供了最快的解決方案，比之前考慮的解決方案速度要快 100％。

關(guān)于緩存，我們已經(jīng)說明什么是緩存 、為什么要有緩存和如何實(shí)現(xiàn)緩存?，F(xiàn)在我們來看看什么時(shí)候使用緩存。

何時(shí)使用緩存

當(dāng)然，使用緩存效率是級(jí)高的，你現(xiàn)在可能想要緩存所有的函數(shù)，這可能會(huì)變得非常無益。以下幾種情況下，適合使用緩存:

• 對(duì)于昂貴的函數(shù)調(diào)用，執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算的函數(shù)。
• 對(duì)于具有有限且高度重復(fù)輸入范圍的函數(shù)。
• 用于具有重復(fù)輸入值的遞歸函數(shù)。
• 對(duì)于純函數(shù)，即每次使用特定輸入調(diào)用時(shí)返回相同輸出的函數(shù)。

緩存庫

• Lodash
• Memoizer
• Fastmemoize
• Moize
• Reselect for Redux

總結(jié)

使用緩存方法 ，我們可以防止函數(shù)調(diào)用函數(shù)來反復(fù)計(jì)算相同的結(jié)果，現(xiàn)在是你把這些知識(shí)付諸實(shí)踐的時(shí)候了。

以上是JavaScript緩存的案例分析的所有內(nèi)容，感謝各位的閱讀！希望分享的內(nèi)容對(duì)大家有幫助，更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道！