缓存计算值的方法

Question

在我们正在开发的Delphi应用程序中，我们有一个包含大量相关对象的结构。这些对象的一些属性具有在运行时计算的值，我正在寻找一种缓存更加密集计算结果的方法。我采取的方法是在第一次计算时将值保存在私有成员中。以下是一个简短的示例代码：

unit Unit1;

interface

type
  TMyObject = class
  private
    FObject1, FObject2: TMyOtherObject;
    FMyCalculatedValue: Integer;
      function GetMyCalculatedValue: Integer;
  public
    property MyCalculatedValue: Integer read GetMyCalculatedValue;
  end;

implementation

  function TMyObject.GetMyCalculatedValue: Integer;
  begin
    if FMyCalculatedValue = 0 then
    begin
      FMyCalculatedValue :=
        FObject1.OtherCalculatedValue + // This is also calculated
        FObject2.OtherValue;
    end;

    Result := FMyCalculatedValue;
  end;

end.

计算所使用的对象发生变化时，缓存值应该被重置和重新计算并不罕见。到目前为止，我们通过使用观察者模式来解决这个问题：对象实现一个OnChange事件，以便其他对象可以订阅，当它们改变并重置缓存值时得到通知。这种方法有效，但也有一些缺点：

• 管理订阅需要大量内存。
• 当缓存值依赖于大量对象（例如列表）时，它的可扩展性不好。
• 依赖关系不是非常具体（即使缓存值仅依赖于一个属性，当其他属性更改时它也会被重置）。
• 管理订阅会影响整体性能，并且很难维护（对象被删除、移动等）。
• 如何处理依赖于其他计算值的计算并不清楚。

最后的问题是：你能否提出其他实现缓存计算值的方法？

- Tihauan

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即使标记为“Delphi”，我也非常有兴趣知道是否已经开发出了特定的模式。 - Matthieu M.

我添加了 Delphi 标签，以便将建议限制为静态类型语言，而非垃圾回收语言。 - Tihauan

Answer 1

如果你想避免观察者模式，可以尝试使用哈希方法。其思想是对参数进行“哈希”，并检查它是否与保存状态的“哈希”匹配。如果不匹配，则重新计算（因此将新哈希保存为键）。我知道这听起来像是我刚想到的，但实际上已被众所周知的软件使用。例如，Makefile替代品SCons 就使用它来检查目标是否需要重新构建，而不是使用时间戳方法。我们现在已经使用SCons一年多了，从未发现任何未重新构建目标的问题，所以他们的哈希方法很好用！

- Matthieu M.

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请确保计算哈希（或您选择的任何方法）比重新计算要快得多。 - Gerry Coll

是的，我没有指出它听起来很明显，但是像优化一样...你真的必须进行测量。 - Matthieu M.

Answer 2

您可以存储所需的外部对象值的本地副本。然后，访问例程将比较本地副本和外部值，并仅在更改时进行重新计算。

类似地，访问外部对象属性也可能会强制重新评估这些属性，因此系统应自动保持最新状态，但仅在需要时重新计算。我不知道您是否需要采取措施避免循环依赖。

这会增加每个对象所需的空间量，但会消除观察者模式。它还推迟了所有计算，直到需要执行计算，而不是在每次源参数更改时都执行计算。希望这对您的系统有所帮助。

unit Unit1;

interface

type
  TMyObject = class
  private
    FObject1, FObject2: TMyOtherObject;
    FObject1Val, FObject2Val: Integer;
    FMyCalculatedValue: Integer;
      function GetMyCalculatedValue: Integer;
  public
    property MyCalculatedValue: Integer read GetMyCalculatedValue;
  end;

implementation

  function TMyObject.GetMyCalculatedValue: Integer;
  begin
    if (FObject1.OtherCalculatedValue <> FObjectVal1)
    or (FObject2.OtherValue <> FObjectVal2) then
    begin
      FMyCalculatedValue :=
        FObject1.OtherCalculatedValue + // This is also calculated
        FObject2.OtherValue;
      FObjectVal1 := FObject1.OtherCalculatedValue;
      FObjectVal2 := Object2.OtherValue;
    end;

    Result := FMyCalculatedValue;
  end;

end.

- IanH

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我也会验证在执行计算之前是否已分配fObject1和fObject2...只是为了安全起见。 - skamradt

@skamradt：同意。我假设问题中省略了输入验证/错误检测，以便保持示例代码的简洁性。 - IanH

Answer 3

在我的工作中，我使用Delphi的Bold，它可以管理相互依赖的无限复杂结构的缓存值。通常每个变量只保存问题的一小部分，在这个框架中被称为派生属性。由于该值未保存在数据库中，因此它仅取决于其他派生属性或数据库中的持久属性。

这种属性的代码是用Delphi编写的过程或者在模型中用OCL（对象约束语言）编写的。如果您将其编写为Delphi代码，则必须订阅相关变量。因此，如果属性C依赖于A和B，则每当A或B更改时，重新计算C的代码会在读取C时自动调用。因此，第一次读取C时也会读取A和B（可能来自数据库）。只要A和B没有更改，就可以读取C并获得非常快的性能。对于复杂的计算，这可以节省相当多的CPU时间。

不幸的消息是，Bold不再得到官方支持，也无法购买。我想如果你问足够多的人，你可能会得到它，但我不知道你可以从哪里下载它。大约在2005-2006年，它可以从Borland免费下载，但现在不行了。它还没有准备好支持D2009，因为有人必须将其移植到Unicode。

另一个选择是使用来自Capable Objects的dot.net的ECO。ECO是Visual Studio中的插件。它是一个受支持的框架，与Delphi的Bold具有相同的思想和作者。许多东西也得到了改进，例如数据绑定用于GUI组件。Bold和ECO都使用模型作为中心点，包括类、属性和链接。这些可以持久化在数据库或xml文件中。使用ECO的免费版本，模型最多可以有12个类，但我记得没有其他限制。

Bold和ECO包含的不仅仅是派生属性，这使您更加高效，并允许您考虑问题而不是数据库的技术细节，或者在您的情况下如何缓存值。欢迎您就这些框架提出更多问题！

编辑： 实际上，对于D7，Embarcadero注册用户有一个下载链接可以下载Bold for Delphi，这是相当古老的版本... 我知道有更新版本适用于D2005和D2006。

- Roland Bengtsson

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基于模型的框架总体而言，特别是“Bold for Delphi”听起来非常有趣。谢谢！ - Tihauan

我在我的一个硬盘上找到了D2006的Bold版本（我认为这是最新的公共版本），如果你有兴趣，可以通过电子邮件联系我：[e-mail]，我会发送给你。或者通过Skype联系我，我的ID是d98rolb。 - Roland Bengtsson

Tihauan，有关派生值的更多信息和一个小例子，请查看我的博客http://boldfordelphi.blogspot.com/#derattr。 - Roland Bengtsson