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首页web前端js教程通过可配置的数据持久性增强 LRU 缓存

Enhancing LRU Cache with Configurable Data Persistence

在本指南创建内存缓存的基础上,我们将进一步介绍可配置的数据持久性。通过利用适配器和策略模式,我们将设计一个可扩展的系统,将存储机制与缓存逻辑分离,从而允许根据需要无缝集成数据库或服务。

愿景:像 ORM 一样解耦

目标是使缓存可扩展而不改变其核心逻辑。受 ORM 系统的启发,我们的方法涉及共享 API 抽象。这使得存储(例如 localStorage、IndexedDB 甚至远程数据库)能够以最少的代码更改互换工作。

存储适配器基类

这是为任何持久性系统定义 API 的抽象类:

export abstract class StorageAdapter {
  abstract connect(): Promise<void>;
  abstract add(key: string, value: unknown): Promise<void>;
  abstract get(key: string): Promise<unknown null>;
  abstract getAll(): Promise<record unknown>>;
  abstract delete(key: string): Promise<void>;
  abstract clear(): Promise<void>;
}
</void></void></record></unknown></void></void>

任何存储解决方案都必须扩展此基类,以确保交互的一致性。例如,这是 IndexedDB 的实现:

示例:IndexedDB 适配器

此适配器实现 StorageAdapter 接口以将缓存数据保存在 IndexedDB 存储中。

import { StorageAdapter } from './storage_adapter';

/**
 * IndexedDBAdapter is an implementation of the StorageAdapter 
 * interface designed to provide a persistent storage mechanism 
 * using IndexedDB. This adapter can be reused for other cache 
 * implementations or extended for similar use cases, ensuring 
 * flexibility and scalability.
 */
export class IndexedDBAdapter extends StorageAdapter {
  private readonly dbName: string;
  private readonly storeName: string;
  private db: IDBDatabase | null = null;

  /**
   * Initializes the adapter with the specified database and store 
   * names. Defaults are provided to make it easy to set up without 
   * additional configuration.
   */
  constructor(dbName: string = 'cacheDB', storeName: string = 'cacheStore') {
    super();
    this.dbName = dbName;
    this.storeName = storeName;
  }

  /**
   * Connects to the IndexedDB database and initializes it if 
   * necessary. This asynchronous method ensures that the database 
   * and object store are available before any other operations. 
   * It uses the `onupgradeneeded` event to handle schema creation 
   * or updates, making it a robust solution for versioning.
   */
  async connect(): Promise<void> {
    return await new Promise((resolve, reject) => {
      const request = indexedDB.open(this.dbName, 1);

      request.onupgradeneeded = (event) => {
        const db = (event.target as IDBOpenDBRequest).result;
        if (!db.objectStoreNames.contains(this.storeName)) {
          db.createObjectStore(this.storeName, { keyPath: 'key' });
        }
      };

      request.onsuccess = (event) => {
        this.db = (event.target as IDBOpenDBRequest).result;
        resolve();
      };

      request.onerror = () => reject(request.error);
    });
  }

  /**
   * Adds or updates a key-value pair in the store. This method is 
   * asynchronous to ensure compatibility with the non-blocking 
   * nature of IndexedDB and to prevent UI thread blocking. Using 
   * the `put` method ensures idempotency: the operation will 
   * insert or replace the entry.
   */
  async add(key: string, value: unknown): Promise<void> {
    await this._withTransaction('readwrite', (store) => store.put({ key, value }));
  }

  /**
   * Retrieves the value associated with a key. If the key does not 
   * exist, null is returned. This method is designed to integrate 
   * seamlessly with caching mechanisms, enabling fast lookups.
   */
  async get(key: string): Promise<unknown null> {
    return await this._withTransaction('readonly', (store) =>
      this._promisifyRequest(store.get(key)).then((result) =>
        result ? (result as { key: string; value: unknown }).value : null
      )
    );
  }

  /**
   * Fetches all key-value pairs from the store. Returns an object 
   * mapping keys to their values, making it suitable for bulk 
   * operations or syncing with in-memory caches.
   */
  async getAll(): Promise<record unknown>> {
    return await this._withTransaction('readonly', (store) =>
      this._promisifyRequest(store.getAll()).then((results) =>
        results.reduce((acc: Record<string unknown>, item: { key: string; value: unknown }) => {
          acc[item.key] = item.value;
          return acc;
        }, {})
      )
    );
  }

  /**
   * Deletes a key-value pair by its key. This method is crucial 
   * for managing cache size and removing expired entries. The 
   * `readwrite` mode is used to ensure proper deletion.
   */
  async delete(key: string): Promise<void> {
    await this._withTransaction('readwrite', (store) => store.delete(key));
  }

  /**
   * Clears all entries from the store. This method is ideal for 
   * scenarios where the entire cache needs to be invalidated, such 
   * as during application updates or environment resets.
   */
  async clear(): Promise<void> {
    await this._withTransaction('readwrite', (store) => store.clear());
  }

  /**
   * Handles transactions in a reusable way. Ensures the database 
   * is connected and abstracts the transaction logic. By 
   * centralizing transaction handling, this method reduces 
   * boilerplate code and ensures consistency across all operations.
   */
  private async _withTransaction<t>(
    mode: IDBTransactionMode,
    callback: (store: IDBObjectStore) => IDBRequest | Promise<t>
  ): Promise<t> {
    if (!this.db) throw new Error('IndexedDB is not connected');
    const transaction = this.db.transaction([this.storeName], mode);
    const store = transaction.objectStore(this.storeName);
    const result = callback(store);
    return result instanceof IDBRequest ? await this._promisifyRequest(result) : await result;
  }

  /**
   * Converts IndexedDB request events into Promises, allowing for 
   * cleaner and more modern asynchronous handling. This is 
   * essential for making IndexedDB operations fit seamlessly into 
   * the Promise-based architecture of JavaScript applications.
   */
  private async _promisifyRequest<t>(request: IDBRequest): Promise<t> {
    return await new Promise((resolve, reject) => {
      request.onsuccess = () => resolve(request.result as T);
      request.onerror = () => reject(request.error);
    });
  }
}
</t></t></t></t></t></void></void></string></record></unknown></void></void>

将适配器集成到缓存中

缓存接受可选的 StorageAdapter。如果提供,它会初始化数据库连接,将数据加载到内存中,并使缓存和存储保持同步。

private constructor(capacity: number, storageAdapter?: StorageAdapter) {
  this.capacity = capacity;
  this.storageAdapter = storageAdapter;

  if (this.storageAdapter) {
    this.storageAdapter.connect().catch((error) => {
      throw new Error(error);
    });

    this.storageAdapter.getAll().then((data) => {
      for (const key in data) {
        this.put(key, data[key] as T);
      }
    }).catch((error) => {
      throw new Error(error);
    });
  }

  this.hash = new Map();
  this.head = this.tail = undefined;

  this.hitCount = this.missCount = this.evictionCount = 0;
}

为什么选择适配器和策略模式?

使用适配器模式:

  • 将缓存与特定存储机制解耦。
  • 确保新存储后端的
  • 可扩展性
结合策略模式:

    启用持久层的运行时选择。
  • 通过模拟不同的适配器来简化测试。
关键设计实践

  • 抽象 API: 使缓存逻辑与存储详细信息无关。
  • 单例缓存: 确保共享状态一致性。
  • 异步初始化:避免在设置过程中阻塞操作。
  • 延迟加载:仅在提供存储适配器时加载持久数据。
下一步

这种设计很稳健,但仍有增强的空间:

  • 优化同步逻辑以获得更好的性能。
  • 使用 Redis 或 SQLite 等其他适配器进行实验。

尝试一下! ?

如果您想测试实际缓存,可以使用 npm 包:adev-lru。您还可以在 GitHub 上探索完整的源代码:adev-lru 存储库。我欢迎任何建议、建设性反馈或贡献,以使其变得更好! ?

编码愉快! ?

以上是通过可配置的数据持久性增强 LRU 缓存的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章!

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