elk 冷热数据分离数据冷热分离方案

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轩辕 2024-04-24 14:16:39

文章标签 elk 冷热数据分离缓存 android 性能优化数据 文章分类 运维

在当今高并发、大数据的时代，系统性能优化是非常重要的。而缓存优化作为提高系统性能的一种有效手段，被广泛应用于各种场景中。其中，冷热端分离和重排序是常见的两种缓存优化方式。本篇博客将详细介绍这两种优化方式的原理、实现和应用场景，希望能为您的系统性能优化提供帮助。

缓存优化是提高系统性能的一种有效手段，其中冷热端分离和重排序是常见的两种优化方式。

缓存优化

冷热端分离

缓存的命中率受多种因素影响，其中最重要的因素之一是缓存的大小。在实际应用中，经常会遇到数据集非常大的情况，如果将全部数据都放入缓存，那么缓存的命中率就会很低，从而影响系统的性能。此时可以考虑采用冷热端分离的策略。

所谓冷热端分离，就是将数据集分为两个部分：冷数据和热数据。冷数据指的是访问频率低的数据，可以不用放入缓存中，而热数据指的是访问频率高的数据，应该优先放入缓存中。通过冷热端分离，可以有效地提高缓存的命中率，从而提升系统的性能。

重排序

在实际应用中，数据访问的顺序往往并不是随机的，而是有一定的规律。如果按照这种规律来访问数据，可以有效地提高缓存的命中率。因此，可以采用重排序的策略来优化缓存。

所谓重排序，就是将数据按照一定的规则重新排序，使得访问频率高的数据排在前面，访问频率低的数据排在后面。这样，在访问数据时就可以先访问排在前面的数据，从而提高缓存的命中率。

需要注意的是，重排序的策略需要根据具体的数据集来确定，不同的数据集可能需要不同的重排序策略。同时，重排序可能会增加一定的计算量，需要在性能和命中率之间做出平衡。

举个例子

Android 中使用冷热端分离和重排序策略提高图片加载缓存命中率的例子

class ImageLoader(private val context: Context) {
    private val memoryCache: LruCache<String, Bitmap>
    private val diskCache: DiskLruCache

    init {
        // 计算可用的最大内存
        val maxMemory = (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024).toInt()
        // 取可用内存的 1/8 作为缓存大小
        val cacheSize = maxMemory / 8
        memoryCache = object : LruCache<String, Bitmap>(cacheSize) {
            override fun sizeOf(key: String, value: Bitmap): Int {
                // 计算 Bitmap 的大小，单位是 KB
                return value.byteCount / 1024
            }
        }
        // 获取磁盘缓存路径
        val cacheDir = context.externalCacheDir?.path ?: context.cacheDir.path
        val diskCacheDir = File(cacheDir + File.separator + "image_cache")
        if (!diskCacheDir.exists()) {
            diskCacheDir.mkdirs()
        }
        diskCache = DiskLruCache.open(diskCacheDir, 1, 1, 10 * 1024 * 1024)
    }

    //
    fun displayImage(url: String, imageView: ImageView) {
        val bitmap = memoryCache.get(url)
        if (bitmap != null) {
            imageView.setImageBitmap(bitmap)
            return
        }
        loadFromDiskCache(url, imageView)
        loadFromNetwork(url, imageView)
    }

    private fun loadFromDiskCache(url: String, imageView: ImageView) {
        var bitmap: Bitmap? = null
        try {
            val snapshot = diskCache.get(url)
            if (snapshot != null) {
                val inputStream = snapshot.getInputStream(0)
                val fileDescriptor = (inputStream as FileInputStream).fd
                bitmap = BitmapFactory.decodeFileDescriptor(fileDescriptor)
                if (bitmap != null) {
                    memoryCache.put(url, bitmap)
                    imageView.setImageBitmap(bitmap)
                }
            }
        } catch (e: IOException) {
            e.printStackTrace()
        }
    }

    private fun loadFromNetwork(url: String, imageView: ImageView) {
        // 发送网络请求获取图片数据
        // ...

        // 解码图片数据并显示
        val bitmap = decodeBitmapFromData(imageData, reqWidth, reqHeight)
        if (bitmap != null) {
            memoryCache.put(url, bitmap)
            try {
                val editor = diskCache.edit(url)
                if (editor != null) {
                    val outputStream = editor.newOutputStream(0)
                    bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.PNG, 100, outputStream)
                    editor.commit()
                }
            } catch (e: IOException) {
                e.printStackTrace()
            }
            imageView.setImageBitmap(bitmap)
        }
    }

    private fun decodeBitmapFromData(data: ByteArray, reqWidth: Int, reqHeight: Int): Bitmap? {
        // 解码图片数据并返回 Bitmap 对象
        // ...
    }
}

ImageLoader 类封装了图片加载的逻辑。它通过 LruCache 和 DiskLruCache 实现了冷热端分离的策略，将访问频率高的图片放入 LruCache 中，而将不常用的图片放入 DiskLruCache 中。在加载图片时，先从 LruCache 中查找图片是否已经缓存，如果已经缓存则直接显示，否则从 DiskLruCache 中查找，如果也没有找到图片，则通过网络请求获取图片并缓存到 LruCache 和 DiskLruCache 中，最后显示在 ImageView 中。

在这个例子中，重排序的实现主要体现在加载图片的顺序上，先从 LruCache 中查找缓存，然后再从 DiskLruCache 中查找缓存，最后才进行网络请求获取图片数据。这样的顺序可以最大限度地提高缓存命中率，减少网络请求的次数，同时也能够缩短图片加载的时间。

冷热端分离的实现则体现在将不常用的图片放入 DiskLruCache 中。因为 DiskLruCache 的读写速度相对较慢，所以将不常用的图片放入其中可以避免 LruCache 的缓存被占满，导致缓存淘汰频繁的问题。这样能够保证常用的图片能够始终缓存在 LruCache 中，提高缓存命中率。

其他应用场景和已用场景

RecyclerView 中的 ViewHolder 缓存：在 RecyclerView 中，ViewHolder 是用来复用 item 视图的。通过将频繁访问的 View 缓存起来，可以大大提高 RecyclerView 的滑动性能，特别是在数据集较大的情况下。（多布局或者评论列表类型的）
数据库查询：在数据库查询时，可以根据数据的使用频率将热数据和冷数据分离，并对热数据进行缓存，从而提高查询性能。
JIT（Just-In-Time）编译器：在 Android 中，JIT 编译器将字节码编译成本地代码，以提高应用的执行速度。重排序可以优化 JIT 编译器的代码生成过程，提高编译速度和执行速度。
UI 界面渲染：在 UI 界面渲染时，可以使用冷热分离的方式将常用的布局和组件缓存起来，避免每次重新渲染，从而提高界面的响应速度和性能。
动态加载类：在应用中使用反射动态加载类时，可以通过重排序优化类加载的过程，提高应用的响应速度。
预加载资源：在应用启动时，可以使用冷热分离的方式预加载一些常用的资源，避免等到需要使用时再加载，从而提高应用的启动速度和性能。
网络请求：在网络请求时，可以使用冷热分离的方式将常用的数据缓存起来，避免重复请求，从而提高应用的响应速度和性能。

其实玩儿的还是那个思想