从cache_t数据结构揭秘iOS底层类的缓存

2023-12-23 04:03:48

iOS底层学习——类的cache_t分析

在iOS开发中，我们经常会遇到“类”的概念。类是用来一类具有共同特征和行为的事物的抽象。例如，我们可以定义一个名为“Person”的类，它包含了诸如姓名、年龄和性别等属性。我们可以使用Person类来创建多个对象，每个对象都代表一个具体的人。

在iOS中，类也是一种数据结构。类的实现细节存储在称为“元类”的特殊结构中。元类包含了有关类的信息，例如类的名称、父类、属性和方法。当我们创建一个类的实例时，iOS会创建一个新的对象并将其与元类关联起来。

iOS中的类还具有一个称为“缓存”的特殊功能。缓存是一个存储已创建对象实例的区域。当我们创建新对象时，iOS会先检查缓存中是否存在该对象的实例。如果存在，iOS就会直接从缓存中返回该实例，而不是创建一个新的实例。这可以帮助提高应用程序的性能，因为它减少了创建新对象所需的开销。

类的缓存是由一个名为“cache_t”的结构实现的。cache_t结构包含了有关缓存的信息，例如缓存的大小、缓存中对象的个数等。我们可以使用cache_t结构来管理类的缓存。

本文将深入分析cache_t数据结构，揭秘类的缓存机制。我们将首先了解cache_t结构的组成，然后分析缓存的实现细节。最后，我们将讨论如何使用cache_t结构来管理类的缓存。

cache_t数据结构

cache_t数据结构包含了以下成员变量：

size：缓存的大小，以字节为单位。
entries：一个指向缓存条目的指针。
count：缓存中对象的个数。
lock：一个用于同步对缓存的访问的锁。

缓存条目是一个包含了以下成员变量的结构：

object：缓存的对象实例。
timestamp：对象实例创建的时间戳。

缓存的实现细节

iOS中的缓存是一个LRU（最近最少使用）缓存。这意味着当缓存已满时，iOS会删除最近最少使用的对象实例。这可以确保缓存中始终包含最新创建的对象实例。

当我们创建一个新对象时，iOS会先检查缓存中是否存在该对象的实例。如果存在，iOS就会直接从缓存中返回该实例。否则，iOS会创建一个新的对象实例并将其添加到缓存中。如果缓存已满，iOS就会删除最近最少使用的对象实例以腾出空间。

iOS会定期清理缓存，以确保缓存中的对象实例是最新创建的。清理过程如下：

iOS会遍历缓存中的所有条目。
iOS会检查每个条目的时间戳。
iOS会删除最近最少使用的对象实例。

如何使用cache_t结构来管理类的缓存

我们可以使用cache_t结构来管理类的缓存。以下是如何使用cache_t结构管理类的缓存的步骤：

创建一个cache_t结构。
设置缓存的大小。
将缓存的entries成员变量指向一个指向缓存条目的指针。
将缓存的count成员变量设置为0。
将缓存的lock成员变量设置为一个锁。

我们可以使用以下代码来创建并初始化一个cache_t结构：

cache_t cache;
cache.size = 1024;
cache.entries = NULL;
cache.count = 0;
cache.lock = OS_SPINLOCK_INIT;

我们可以使用以下代码来向缓存中添加一个对象实例：

void add_object_to_cache(cache_t *cache, id object) {
    // 获得锁
    OSSpinLockLock(&cache->lock);

    // 如果缓存已满，则删除最近最少使用的对象实例
    if (cache->count == cache->size) {
        remove_least_recently_used_object_from_cache(cache);
    }

    // 创建一个新的缓存条目
    cache_entry_t *entry = malloc(sizeof(cache_entry_t));
    entry->object = object;
    entry->timestamp = mach_absolute_time();

    // 将新的缓存条目添加到缓存中
    entry->next = cache->entries;
    cache->entries = entry;

    // 更新缓存中的对象个数
    cache->count++;

    // 释放锁
    OSSpinLockUnlock(&cache->lock);
}

我们可以使用以下代码来从缓存中获取一个对象实例：

id get_object_from_cache(cache_t *cache, id key) {
    // 获得锁
    OSSpinLockLock(&cache->lock);

    // 遍历缓存中的所有条目
    cache_entry_t *entry = cache->entries;
    while (entry != NULL) {
        // 如果找到与key相匹配的条目，则返回该条目的对象实例
        if (entry->object == key) {
            // 将该条目移到缓存的开头
            entry->next = cache->entries;
            cache->entries = entry;

            // 释放锁
            OSSpinLockUnlock(&cache->lock);

            return entry->object;
        }

        // 下一个条目
        entry = entry->next;
    }

    // 释放锁
    OSSpinLockUnlock(&cache->lock);

    // 如果没有找到与key相匹配的条目，则返回nil
    return nil;
}

我们可以使用以下代码来从缓存中删除一个对象实例：

void remove_object_from_cache(cache_t *cache, id object) {
    // 获得锁
    OSSpinLockLock(&cache->lock);

    // 遍历缓存中的所有条目
    cache_entry_t *entry = cache->entries;
    cache_entry_t *prev = NULL;
    while (entry != NULL) {
        // 如果找到与key相匹配的条目，则删除该条目
        if (entry->object == object) {
            // 如果该条目是第一个条目，则将缓存的entries成员变量指向下一个条目
            if (prev == NULL) {
                cache->entries = entry->next;
            }
            // 否则，将前一个条目的next成员变量指向该条目的下一个条目
            else {
                prev->next = entry->next;
            }

            // 释放该条目
            free(entry);

            // 更新缓存中的对象个数
            cache->count--;

            // 释放锁
            OSSpinLockUnlock(&cache->lock);

            return;
        }

        // 下一个条目
        prev = entry;
        entry = entry->next;
    }

    // 释放锁
    OSSpinLockUnlock(&cache->lock);
}

我们可以使用以下代码来清理缓存：

void clean_cache(cache_t *cache) {
    // 获得锁
    OSSpinLockLock(&cache->lock);

    // 遍历缓存中的所有条目
    cache_entry_t *entry = cache->entries;
    while (entry != NULL) {
        // 删除最近最少使用的对象实例
        cache_entry_t *next = entry->next;
        free(entry);
        entry = next;
    }

    // 重置缓存中的对象个数
    cache->count = 0;

    // 释放锁
    OSSpinLockUnlock(&cache->lock);
}