使用Cache提高程序运行效率理论课

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cache的基本原理(一)

cache的基本原理(一)

cache的基本原理(一)Cache的基本原理什么是CacheCache(缓存)是计算机系统中一种提高数据访问效率的技术。

它通过将经常访问的数据存储在速度更快的存储介质中,以便快速获取,从而加快系统的响应速度。

Cache的作用1.提高数据访问速度:Cache能够将数据存储在速度更快的存储介质中,以便快速获取。

相比于从较慢的主存(RAM)中读取数据,从Cache中读取数据的速度更快,从而提高了系统的响应速度。

2.减轻系统负载:Cache能够减轻对主存的访问压力,从而减轻了整个系统的负载。

当数据被缓存到Cache中时,对该数据的访问将不再需要访问主存,从而减少了主存的读写操作,提高了整个系统的效率。

Cache的基本原理Cache的基本原理可以概括为以下几个步骤:1.检查数据是否在Cache中:当系统需要访问某个数据时,首先会检查该数据是否已经存储在Cache中。

如果在Cache中找到了需求的数据,则无需从主存中读取,直接从Cache中获取数据。

2.数据未在Cache中:如果需要的数据不在Cache中,则需要从主存中读取。

同时,系统会将该数据从主存读取到Cache中,以便下次快速访问。

通常会采用一定的缓存算法(如LRU)来选择适合替换的数据,确保Cache的空间被合理利用。

3.数据写回主存:当Cache中的数据被修改后,系统会在合适的时机将修改后的数据写回主存。

这样可以保证数据的一致性,并且避免数据的丢失。

Cache的命中率Cache的命中率是评估Cache性能的重要指标。

它表示在访问数据时,该数据已经在Cache中的概率。

命中率越高,越能够提高系统的响应速度。

Cache的命中率可以通过以下公式计算:命中率 = 命中次数 / 总访问次数提高Cache命中率的方法为了提高Cache的命中率,可以采取以下方法:•提高Cache容量:增加Cache的容量可以存储更多的数据,从而减少Cache缺失的概率,提高命中率。

cache的工作原理

cache的工作原理

cache的工作原理
缓存是一种用于提高计算机系统性能的技术,其工作原理是将经常被访问的数据存储在一个更快速但容量较小的存储器中,以此提供更快的数据访问速度。

具体来说,计算机的存储体系可以分为多级,通常包括主存储器(RAM)、辅助存储器(硬盘、固态硬盘)以及处理器内
部的高速缓存。

在这个层次结构中,缓存位于处理器和主存之间。

当处理器需要访问某个数据时,首先会检查高速缓存中是否存在该数据。

如果数据在高速缓存中被命中(即存在),则处理器可以直接从缓存中获取,从而大大缩短了访问时间。

如果数据不在缓存中,则称为缓存未命中。

当发生缓存未命中时,处理器会通过一种称为缓存替换策略的算法从主存中将相应的数据加载到缓存中。

常用的替换策略有最近最少使用(LRU)和先进先出(FIFO)等。

缓存替换策
略的目标是尽可能地提高缓存的命中率,以减少对主存的访问。

此外,缓存还采用了一种称为缓存一致性协议的机制来保持数据的一致性。

由于多核处理器的普及,每个核心都可能有自己的缓存,因此需要确保各级缓存之间的数据一致,避免出现存储器访问的时序问题。

总的来说,缓存通过存储经常访问的数据并提供高速访问,可以大大加快计算机系统的运行速度。

但缓存的容量和缓存替换
策略选择等也是需要权衡的问题,因为过小的缓存容量或选择不当的替换策略可能导致频繁的缓存未命中,反而降低系统性能。

提高程序运行效率的6个简单方法(3)

提高程序运行效率的6个简单方法(3)

提⾼程序运⾏效率的6个简单⽅法(3)注:以C/C++为例。

⼀、尽量减少使⽤值传递⽅式,多使⽤引⽤传递⽅式。

如果传递的参数是int等基本数据类型,可能对性能的影响还不是很⼤,但是如果传递的参数是⼀个类的对象,那么其效率问题就不⾔⽽喻了。

例如:⼀个判断两个字符串是否相等的函数,其声明如下:1bool Compare(string s1, string s2)2bool Compare(string *s1, string *s2)3bool Compare(string &s1, string &s2)4bool Compare(const string &s1, const string &s2)如果调⽤第⼀个函数(值传递⽅式),则在参数传递(函数调⽤开始)和函数返回时(函数调⽤结束之前),需要调⽤string的构造函数和析构函数两次(即共多调⽤了四个函数)。

⽽其他的三个函数(指针传递和引⽤传递)则不需要调⽤这四个函数。

因为指针和引⽤都不会创建新的对象。

如果⼀个构造⼀个对象和析构⼀个对象的开销是庞⼤的,这就是会效率造成⼀定的影响。

⼆、++i和i++引申出的效率问题。

对于基本数据类型变量的⾃增运算:++i 和i++ 的区别相信⼤家也是很清楚的。

然⽽,在这⾥我想跟⼤家谈的却是C++类的运算符重载,为了与基本数据类型的⽤法⼀致,在C++中重载运算符++时⼀般都会把 ++i 和 i++ 都重载。

你可能会说,你在代码中不会使⽤重载++运算符,但是你敢说你没有使⽤过类的++运算符重载吗?迭代器类你总使⽤过吧!可能到现在你还不是很懂我在说什么,那么就先看看下⾯的例⼦:1 _SingleList::Iterator& _SingleList::Iterator::operator++() //++i2 {3 pNote = pNote->pNext;4return *this;5 }6 _SingleList::Iterator _SingleList::Iterator::operator++(int)//i++7 {8 Iterator tmp(*this);9 pNote = pNote->pNext;10return tmp;11 } 从i++ 的实现⽅式可以知道,对象利⽤⾃⼰创建⼀个临时对象(将类的所有属性复制⼀份),然后改变⾃⼰的状态,并返回所创建的临时对象;⽽++i 的实现⽅式时,直接改变⾃⼰的内部状态,并返回⾃⼰的引⽤。

cache相关概念及工作原理介绍

cache相关概念及工作原理介绍

cache相关概念及工作原理介绍【原创版】目录一、Cache 的概念二、Cache 的作用三、Cache 的工作原理四、Cache 的类型与结构五、Cache 的应用场景正文一、Cache 的概念Cache,即高速缓存,是一种存储技术,它位于主存与 CPU 之间,作用是提高 CPU 访问存储器的速度。

Cache 可以看作是主存的一个高速副本,它将主存中频繁访问的数据复制到自身,当 CPU 需要再次访问这些数据时,可以直接从Cache 中获取,从而减少了 CPU 与主存之间的访问延迟。

二、Cache 的作用Cache 的主要作用是提高 CPU 的运行效率。

随着 CPU 处理速度的提升,主存的访问速度逐渐成为系统性能的瓶颈。

通过使用 Cache,可以减少 CPU 等待主存读写完成的时间,从而提高 CPU 的执行效率。

三、Cache 的工作原理Cache 的工作原理主要包括两个方面:一是缓存策略,即如何判断哪些数据需要被缓存;二是替换策略,即当 Cache 空间不足时,如何选择淘汰哪些缓存数据。

1.缓存策略缓存策略主要根据程序的访问模式来判断。

一般来说,缓存策略可以分为以下三种:- 时域局部性(Temporal Locality):程序在一段时间内多次访问相同的数据。

这种局部性可以通过缓存来提高访问速度。

- 空间局部性(Spatial Locality):程序在访问一个数据时,很可能还会访问其附近的数据。

这种局部性可以通过缓存来提高访问速度。

- 随机访问(Random Access):程序访问的数据与缓存中存储的数据无关,这种访问模式无法通过缓存来提高访问速度。

2.替换策略当 Cache 空间不足时,需要选择一些缓存数据进行替换。

替换策略主要有以下几种:- 最近最少使用(Least Recently Used,LRU):选择最近最少使用的数据进行替换。

- 时间戳(Timestamp):记录每个数据在 Cache 中的时间,选择最早进入Cache 的数据进行替换。

cacheable_el表达式_理论说明

cacheable_el表达式_理论说明

cacheable el表达式理论说明1. 引言1.1 概述本文讨论的主题是cacheable el表达式的理论说明。

在现代的软件开发过程中,大量使用了el表达式来简化和优化代码编写。

而cacheable el表达式则是对el 表达式的进一步扩展,通过缓存计算结果来提高程序的性能。

本文将详细介绍cacheable el表达式的定义、原理以及在实际应用中的优势与局限性。

1.2 文章结构本文分为五个部分进行阐述。

首先,在引言部分,我们将对文章进行概述,并介绍整篇文章的结构。

接下来,在第二部分中,我们将详细解释EL表达式的基本概念,然后引入cacheable EL表达式,并解释其背后的原理和工作方式。

第三部分将探讨cacheable el表达式在实际应用中所具备的优势和局限性。

接着,在第四部分中,我们将分享一些编写和使用cacheable el表达式时需要注意的技巧和事项。

最后,在第五部分中,我们将总结cacheable el表达式的理论说明及其应用场景,并展望该领域未来的研究方向。

1.3 目的通过本文对cacheable el表达式进行理论说明,旨在帮助读者深入了解和掌握这一概念,并能够灵活运用于实际项目中。

我们希望读者能够从本文中获得关于cacheable el表达式的扎实理论基础,并能够在开发中充分利用其优势,提升程序性能和开发效率。

此外,我们也希望通过本文的介绍,引起更多研究者对cacheable el表达式领域的关注,并促进该领域的进一步发展。

2. cacheable el表达式的定义和原理2.1 EL表达式简介EL表达式(Expression Language)是一种特定的语言,用于在Java EE应用程序中访问和操作对象的属性。

它是一种轻量级、简洁、易于使用的表达式语言,通常用于JSP页面中。

2.2 cacheable EL表达式的概念cacheable EL表达式是指在EL表达式中添加了缓存机制,以提高性能和减少资源消耗。

cache相关知识点

cache相关知识点

缓存相关知识点缓存是一个常见的计算机概念,用于提高系统的性能和响应速度。

在计算机领域中,缓存是指存储数据的临时存储区域,用于加快数据的访问速度。

通过缓存,系统可以避免频繁地从较慢的存储区域(如硬盘)中读取数据,从而显著提高系统的性能。

在本文中,我们将深入探讨缓存的相关知识点。

1.什么是缓存?缓存是一种将数据存储在更快速、更容易访问的存储区域中的技术。

它可以是硬件缓存(如CPU缓存)或软件缓存(如Web浏览器缓存)。

缓存的目的是通过减少数据的访问时间来提高系统的性能。

2.缓存的工作原理当系统需要访问数据时,首先会检查缓存中是否已经存在该数据。

如果数据已经在缓存中,系统可以直接从缓存中获取数据,而不需要从较慢的存储区域中读取。

如果数据不在缓存中,系统将从存储区域中读取数据,并将其存储到缓存中以供以后使用。

3.缓存的类型根据存储介质的不同,缓存可以分为多种类型。

常见的缓存类型包括:•CPU缓存:CPU缓存是位于处理器芯片上的一块高速存储器,用于存储最常用的指令和数据。

它可以显著提高CPU的性能。

•硬盘缓存:硬盘缓存是位于硬盘驱动器内部的一块存储区域,用于存储最近访问的数据。

它可以加快读写硬盘的速度。

•Web浏览器缓存:Web浏览器缓存是位于Web浏览器中的一块存储区域,用于存储最近访问的网页和相关资源。

它可以减少网页加载的时间。

4.缓存的优势和劣势缓存的使用可以带来许多优势,包括:•提高系统的性能和响应速度。

•减少对较慢的存储区域(如硬盘)的访问次数,从而延长存储设备的寿命。

•减少网络带宽的使用,提高网络传输的效率。

然而,缓存也存在一些劣势,如:•缓存的数据可能会过时,导致访问到的数据不是最新的。

•缓存需要占用一定的存储空间,可能会导致浪费。

•缓存的管理和更新可能会增加系统的复杂性。

5.如何有效使用缓存为了有效使用缓存,我们可以采取以下措施:•设定合理的缓存策略,如缓存数据的过期时间和更新机制。

•使用合适的缓存算法,如LRU(最近最少使用)算法,以确保缓存中的数据是最常用的数据。

cache在计算机中的应用

cache在计算机中的应用

cache在计算机中的应用计算机中的应用程序需要在内存中存储大量的数据,以便进行快速访问和处理。

然而,内存的容量是有限的,而且访问速度相对较慢。

为了解决这个问题,计算机引入了cache(缓存)的概念。

Cache是一种高速的存储设备,用于暂时存储计算机中频繁访问的数据。

它位于CPU和内存之间,作为两者之间的中间层。

通过将最常用的数据存储在cache中,计算机可以显著提高数据访问速度,从而提高整个系统的性能。

在计算机中,cache主要被用于存储指令和数据。

当程序执行时,计算机会首先检查cache中是否存在所需的数据。

如果cache中存在该数据,就可以直接从cache中获取,而无需访问内存。

这种方式比直接访问内存要快得多。

cache还采用了一种称为"局部性原理"的策略,即倾向于将最近访问的数据和附近的数据存储在cache中。

这是因为程序通常会以局部性的方式访问数据,即连续访问相邻的数据。

通过利用局部性原理,cache可以更好地预测程序的访问模式,并提前将可能需要的数据存储在cache中,从而进一步提高系统的性能。

另一个重要的应用是Web浏览器。

当我们访问一个网页时,浏览器会将网页的一部分内容存储在本地cache中。

这样,当我们再次访问同一个网页时,浏览器可以直接从cache中加载内容,而无需再次从远程服务器下载。

这大大加快了网页加载速度,提供了更好的用户体验。

数据库系统中也广泛使用了cache。

数据库的查询操作通常是相对耗时的,而且数据库的数据通常会被多个用户频繁访问。

为了提高查询性能,数据库会使用cache来存储最常用的数据和查询结果。

这样,当用户发起查询时,数据库可以首先检查cache中是否存在相关数据,如果存在就直接返回结果,避免了耗时的磁盘访问操作。

cache在计算机中有广泛的应用。

无论是处理器内部的指令和数据,还是Web浏览器和数据库系统中的数据,cache都起到了加速访问的作用。

cache 原理

cache 原理

cache 原理Cache原理是一种用于提高计算机系统性能的技术。

它的基本原理是利用快速访问的原则,将一部分频繁使用的数据存储在离计算核心更近的地方,以便在下次使用时能够更快地获取。

Cache通常是位于CPU和主内存之间的一层高速存储器。

当CPU需要访问某个内存地址时,它首先会检查Cache中是否已经存在该数据。

如果数据已经缓存在Cache中,CPU可以直接从Cache中读取数据,避免了从主内存中获取数据的开销。

如果数据不在Cache中,CPU就会从主内存中读取数据,并将数据存储在Cache中,以便下次访问时快速获取。

Cache的工作原理是基于局部性原理,即数据的访问具有一定的空间和时间上的局部性。

空间局部性意味着如果程序访问了某个内存地址,那么它很可能在不久的将来会再次访问相邻的内存地址。

时间局部性意味着如果程序访问了某个内存地址,那么在不久的将来会再次访问相同的内存地址。

Cache利用了这种局部性原理。

当CPU访问某个内存地址时,Cache会首先检查是否已经存在该地址的数据。

如果存在,就称为命中(cache hit),CPU可以直接从Cache中获取数据。

如果不存在,就称为不命中(cache miss),CPU需要从主内存中获取数据,并将数据存储到Cache中。

为了提高Cache的命中率,常用的策略包括缓存替换算法、预取技术、写回策略等。

总的来说,Cache通过缓存频繁访问的数据,减少了CPU访问内存的开销,从而提高了系统的性能。

它是计算机系统中一个重要的组成部分,对于提高系统响应速度和吞吐量起到了至关重要的作用。

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页面输出缓存2:根据参数 缓存
页面输出缓存3:根据控件 缓存
实现缓存后替换
Substitution 控件指定缓存页中动态创 建而不进行缓存的部分。将 Substitution 控件 放置在该页上要显示动态内容的位置。
<asp:substitution id="Substitution1" methodname=" " runat="Server"> </asp:substitution>
练习
3.对于页面片段缓存解释不正确的是() A. 只需要对Web窗体的某一特定部分进行缓冲 可以使用这种缓存 B. 被缓存下来的仅仅是页面的某一特定部分的 数据 C. 当需要某个Web窗体的不同部分有不同缓存 时间可以使用这种缓存 D. 页面部分缓存的实现方式只有1种

key:缓存键。 value:缓存项。 dependencies:文件依赖项或缓存键依赖项。 absoluteExpiration:所添加对象将过期并被从缓存 中移除的时间。如果使用可调过期,则 absoluteExpiration 参数必须为 NoAbsoluteExpiration。 slidingExpiration:最后一次访问所添加对象时与 该对象过期时之间的时间间隔,如果使用绝对过期,则 slidingExpiration 参数必须为 NoSlidingExpiration。
页面加载时 页面刷新时
应用程序数据缓存
实现应用程序数据缓存 添加应用程序数据缓存对象 移除缓存的数据对象
实现应用程序数据缓存
Cache对象 提供了一个强大的、便于使用的缓 存机制,用于将需要大量服务器资源来创建的对 象存储在内存中。缓存这些类型的资源会大大改 进应用程序的性能,而Cache就是实现该机制的对 象 。
<%@ OutputCache%>控制指令
属 性 描 述 Duration Location 必需属性。表示页面被缓存时间,以秒为单位。 指定输出缓存项的位置。默认为Any。 该属性是以分号分隔的字符串变量,以其中每一个变量作为参数 传递的页都将被作为缓存处理。“none”表示不随任何参数变化, “*”根据所有参数变化。 注意:如果没有VaryByControl,该属性是必须的。 该属性是以分号分隔的字符串变量,用来改变用户控件的输出缓存。 这些字符串代表用户控件中声明的服务器控件ID。 注意:如果没有VaryByParam,该属性是必须的。
练习
2.对于HttpCachePolicy类中的SetExpires方 法描叙正确的是 () A. 用于设置页面的Last-Modified HTTP标头 B. 用于设置缓存过期的绝对时间 C. 该方法将缓存过期从绝对时间设置为可调时 间 D. 用于设置页面的Cache-Control HTTP标头
添加应用程序数据缓存对象
使用Add方法向缓存添加项

public Object Add (string key, Object value, CacheDependency dependencies, DateTime absoluteExpiration, TimeSpan slidingExpiration, CacheItemPriority priority, CacheItemRemovedCallback onRemoveCallback)
添加应用程序数据缓存对象
通过Key/Value向缓存添加项 通过使用Insert方法将项添加到缓存中 – 设置依赖项 – 设置过期时间 – 设置移除优先级 使用Add方法向缓存添加项
添加应用程序数据缓存对象
通过Key/Value向缓存添加项 Cache["CacheItem1"] = "Cached Item 1"
数据
为什么使用缓存技术
使用缓存的应用程序请求响应过程 缓存
处理结果
客户端 应用程序
数据
缓存困境和解决方案
解决方案
整页缓存 页面部分缓存 应用程序缓存
银行实时交易 股票报价 …… 但是,存在数据过期问题
大大提高了数据访问的效率
缓存
一旦不能及时更新数据, 出现过期,后果不堪设想
页面输出缓存
页面输出缓存1:无分类依 据
运行程序, 不停地点击 更新按钮, 当前系统时 间每30秒钟 才更新一次
页面输出缓存1:无分类依 据
点击任何种 类,看到的 都是第一次 选择的种类 对应的商品
页面输出缓存2:根据参数 缓存
string sql = "select * from categories"; …… foreach (DataRow dw in dt.Rows) { string text = dw["CategoryName"].ToString(); string url = "Demo2_VaryByParam.aspx?CategoryID=" + dw["CategoryID"]; ListItem item = new ListItem(text,url); BulletedList1.Items.Add(item); } 下面的缓存设置当页面的CustomerID控件的值发生变化时,页面将更新 <%@ OutputCache Duration="30" VaryByParam="CategoryID" %>
添加应用程序数据缓存对象
通过使用Insert方法将项添加到缓存中
Cache.Insert 方法的四种重载方式 重载一: public void Insert (string key, Object value) 重载二: public void Insert (string key, Object value, CacheDependency dependencies) 重载三: public void Insert (string key, Object value, CacheDependency dependencies, DateTime absoluteExpiration, TimeSpan slidingExpiration) 重载四: public void Insert (string key, Object value, CacheDependency dependencies, DateTime absoluteExpiration, TimeSpan slidingExpiration, CacheItemPriority priority, CacheItemRemovedCallback onRemoveCallback)
缓冲依赖的核心类
CacheDependency 在存储于 应用程序的 Cache 对象中的项与 文件、缓存键、文件或缓存键的数组或另一个 CacheDependency 对象之间建立依附性关系。 AggregateCacheDependency 组合 应用程序的 Cache 对象中存储的项和 CacheDependency 对象的数组之间的多个依赖项。无法继 承此类。 SqlCacheDependency 在以下两者之间建立关系:一是在 应用程 序的 Cache 对象中存储的项;二是特定 SQL Server 数 据库表或 SQL Server 2005 查询的结果。无法继承此类。
MethodName属性:当Substitution控件执行时为回 调而调用的方法名称。该方法必须被定义为Page 或 UserControl 包含控件上的静态方法;必须接受 HttpContext类型的参数;必须返回String类型的值。
用户控件缓存
页面片段缓存使用的语法与页面级输出缓存一样, 但其应用于用户控件(.ascx 文件)而不是 Web 窗体(.aspx 文件)。 当为用户控件设置缓存以后,页面不得以编程方 式改变用户控件的状态。
缓存的不足
显示的内容可能不是最新、最准确的,因此建 议在没有缓存的情况下开发和测试应用程序, 然后在性能优化阶段启用缓存选项。
总结
什么是缓存以及对应用程序的意义? 解释页面输出缓存以及适用场合? 解释页面片段缓存以及适用场合? 解释应用程序缓存以及适用场合? 解释缓存依赖?
练习
1. 不属于缓存的种类是() A.页面输出缓存 B.页面片段缓存 C.应用程序数据缓存 D.缓存优先级
添加应用程序数据缓存对象
检索缓存项的值 (1)指定键名检索指定项 string cachedString = string)Cache["CacheItem"]; (2)用Get方法检索指定项 Cache.Get("MyTextBox.Value"); (3)使用GetEnumerator方法检索指定项 public IDictionaryEnumerator GetEnumerator ()
VaryByParam
VaryByControl
VaryByCustom
用于自定义输出缓存要求,它允许在 global.asax 中指定自定义 变动。如果该属性值是browser,缓存将随浏览器名称和主要版本 信息的不同而异。
页面输出缓存1:无分类依 据
页面输出缓存实现
下面的缓存设置表示该页面在30秒内,都不会发生变化 <%@ OutputCache Duration=”30” VaryByParam =”none”%>
…… string sql = "select ProductID,ProductName,UnitPrice from Products where CategoryID=@CategoryID"; SqlCommand cmd = new SqlCommand(sql, cn); cmd.Parameters.AddWithValue("@CategoryID",Request.QueryString["CategoryID"]); ……
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