当C++遇到iOS应用开发---LRUCache缓存篇

本文着重介绍如何在XCODE中，通过C++开发在iOS环境下运行的缓存功能。算法基于LRU（最近最少使用）。有关LRU详见：

http://en.wikipedia.org/wiki/Page_replacement_algorithm#Least_recently_used

之前在网上看到过网友的一个C++实现，感觉不错，所以核心代码就采用了他的设计。相关链接如下：

http://www.cppblog.com/red22/articles/62499.html

原作者通过两个MAP对象来记录缓存数据和LRU队列，注意其中的LRU队列并不是按照常用的方式使用LIST链表，而是使用MAP来代替LIST，有关这一点原作者已做了说明。

另外还有人将MRU与LRU组合在一起使用，当然如果清楚了设计原理，那么就很容易理解了，比如这个开源项目：http://code.google.com/p/lru-cache-cpp/

考虑到缓存实现多数使用单例模式，这里使用C++的模版方式设计了一个Singlton基类，这样以后只要继承该类，子类就会支持单例模式了。

其代码如下：

//

// SingltonT.h

//

#ifndef SingltonT_h

#define SingltonT_h

#include

#include

using namespace std;

using namespace std::tr1;

template

class Singlton {

public:

static T* instance();

~Singlton() {

cout read = 0;

}

static inline void

rwlock_rlock(struct rwlock *lock) {

for (;;) {//不断循环，直到对读计数器累加成功

while(lock->write) {

__sync_synchronize();

}

__sync_add_and_fetch(&lock->read,1);

if (lock->write) {//当已是写锁时，则去掉读锁记数器

__sync_sub_and_fetch(&lock->read,1);

} else {

break;

}

}

}

static inline void

rwlock_wlock(struct rwlock *lock) {

__sync_lock_test_and_set(&lock->write,1);

while(lock->read) {

//http://blog.itmem.com/?m=201204

//http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.6.2/gcc/Atomic-Builtins.html

__sync_synchronize();//很重要，如果去掉，g++ -O3 优化编译后的生成的程序会产生死锁

}

}

static inline void

rwlock_wunlock(struct rwlock *lock) {

__sync_lock_release(&lock->write);

}

static inline void

rwlock_runlock(struct rwlock *lock) {

__sync_sub_and_fetch(&lock->read,1);

}

这里并未使用pthread_mutex_t来设计锁，而是使用了__sync_fetch_and_add指令体系，而相关内容可以参见这个链接：
http://soft.chinabyte.com/os/412/12200912.shtml
当然最终是否如上面链接中作者所说的比pthread_mutex_t性能要高7-8倍，我没测试过，感兴趣的朋友也可以帮助测试一下。

有了这两个类之后，我又补充了原文作者中所提到了KEY比较方法的定义，同时引入了id来支持object-c的对象缓存，最终代码修改如下：

#ifndef _MAP_LRU_CACHE_H_

#define _MAP_LRU_CACHE_H_

#include

#include

#include "rwlock.h"

#include

#include

using namespace std;

namespace lru_cache {



static const int DEF_CAPACITY = 100000;//默认缓存记录数

typedef unsigned long long virtual_time;

typedef struct _HashKey

{

NSString* key;

}HashKey;



typedef struct _HashValue

{

id value_;

virtual_time access_;

}HashValue;

//仅针对HashKey比较器

template

struct hashkey_compare{

bool operator()(key_t x, key_t y) const{

return x < y;

}

};



template

struct hashkey_compare

{

bool operator()(HashKey __x, HashKey __y) const{

string x = [__x.key UTF8String];

string y = [__y.key UTF8String];

return x < y;

}

};



//自定义map类型

template

class lru_map: public map{};



class CLRUCache

{

public:



CLRUCache() : _now(0){

_lru_list = shared_ptr(new lru_map);

_hash_table = shared_ptr (new lru_map);

}



~CLRUCache(){

_lru_list->clear();

_hash_table->clear();

}



int set( const HashKey& key, const id &value )

{

HashValue hash_value;

hash_value.value_ = value;

hash_value.access_ = get_virtual_time();

pair< map::iterator, bool > ret = _hash_table->insert(make_pair(key, hash_value));

if ( !ret.second ){

// key already exist

virtual_time old_access = (*_hash_table)[key].access_;

map::iterator iter = _lru_list->find(old_access);

if(iter != _lru_list->end())

{

_lru_list->erase(iter);

}

_lru_list->insert(make_pair(hash_value.access_, key));

(*_hash_table)[key] = hash_value;

}

else {

_lru_list->insert(make_pair(hash_value.access_, key));



if ( _hash_table->size() > DEF_CAPACITY )

{

// get the least recently used key

map::iterator iter = _lru_list->begin();

_hash_table->erase( iter->second );

// remove last key from list

_lru_list->erase(iter);

}

}

return 0;

}



HashValue* get( const HashKey& key )

{

map::iterator iter = _hash_table->find(key);

if ( iter != _hash_table->end() )

{

virtual_time old_access = iter->second.access_;

iter->second.access_ = get_virtual_time();

//调整当前key在LRU列表中的位置

map::iterator it = _lru_list->find(old_access);

if(it != _lru_list->end()) {

_lru_list->erase(it);

}

_lru_list->insert(make_pair(iter->second.access_, key));

return &(iter->second);

}

else{

return NULL;

}

}





unsigned get_lru_list_size(){ return (unsigned)_lru_list->size(); }

unsigned get_hash_table_size() { return (unsigned)_hash_table->size(); }

virtual_time get_now() { return _now; }



private:

virtual_time get_virtual_time()

{

return ++_now;

}



shared_ptr _lru_list;

shared_ptr _hash_table;

virtual_time _now;

};



#endif

接下来看一下如果结合单例和rwlock来设计最终的缓存功能，如下：

using namespace lru_cache;

class DZCache: public Singlton

{

friend class Singlton;

private:

shared_ptr clu_cache;

rwlock *lock;

DZCache(){

lock =(rwlock*) malloc(sizeof(rwlock));

rwlock_init(lock);

clu_cache = shared_ptr(new CLRUCache());

cout get(hash_key);

if(value == NULL){

return nil;

}

else{

return value->value_;

}

}

};

#endif

最后看一下如何使用：

void testLRUCache(){

//指针方式

DZCache::instance()->set(@"name", @"daizhj");//设置

NSString* name = (NSString*)DZCache::instance()->get(@"name");//获取

std::cout