探索vue源码之缓存篇

vue.js入坑也有了小半年的时间了，圈子里一直流传着其源码优雅、简洁的传说。
最近的一次技术分享会，同事分享vue.js源码的缓存部分，鄙人将其整理出来，与你们一块儿学习

1、从链表提及

首先咱们来看一下链表的定义：

链表（Linked list）是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，可是并不会按线性的顺序存储数据，而是在每个节点里存到下一个节点的指针(Pointer)

其中的双向链表是咱们今天的主角：

双向链表也叫双链表。双向链表中不只有指向后一个节点的指针，还有指向前一个节点的指针。这样能够从任何一个节点访问前一个节点，固然也能够访问后一个节点，以致整个链表。通常是在须要大批量的另外储存数据在链表中的位置的时候用。

图示以下（图片来自维基百科-链表）：

想象一群人手拉手站成一排，除了队头跟队尾，能够根据每一个人的左手以及右手找到排在其左边或者右边的人，这也能够当作一种双向链表

在JavaScript中，咱们能够经过对象的属性来实现双向链表。

而在vue.js中，做者正是利用相似双向链表的方式实现缓存的利用

2、LRU算法

在缓存中，利用相似双向链表来管理缓存并不难的。难的是如何更加高效的管理缓存，如何在缓存达到其最大内存空间，删除程序中最不经常使用的变量，而不是随机删除，形成最经常使用的变量被误删的状况。

vue.js中采用LRU算法来实现缓存的高效管理。

LRU是Least Recently Used的简称，具体内容能够查看GitHub，其有如下优势：

1. 基于双向链表改变缓存对象中entry的排序，复杂度低

2. 缓存对象有一个head（最近最少使用的项）和一个tail（最近最多使用的项）

3. head和tail都是entry，一个entry可能会有一个newer entry以及一个older entry（双向连接，older entry更接近head，newer entry更接近tail）

4. 使用一个key就能够遍历这个缓存对象，也就意味着只有o(1)的复杂度，内存消耗很是小

能够经过下面的图来更好的理解LRU算法:

entry             entry             entry             entry        
    ______            ______            ______            ______       
   | head |.newer => |      |.newer => |      |.newer => | tail |      
   |  A   |          |  B   |          |  C   |          |  D   |      
   |______| <= older.|______| <= older.|______| <= older.|______|      
                                                                       
removed  <--  <--  <--  <--  <--  <--  <--  <--  <--  <--  <--  added

若是缓存达到最大，那么每次只须要将head删除就好了，保证了删除的项是最不经常使用的项

仍是拿站成一排的人来举例。

有两个指示牌，上面分别写着tail以及head。head指向队伍的第一我的，tail指向队伍的最后一我的。

假设队伍有10我的，按照队伍的排列从队首到队尾依次编号a b c d ··· j，head指向a，tail指向j。

下面分红五种状况来讲明队伍的变化：

1. 若是叫到a（使用了数组里面第一个变量），就将a放到队尾，再手拉手从新组成一个新的队伍。并将原来指向j的tail如今指向a。再让原来指向a的head指向如今队伍的第一我的b

2. 若是叫到b c d ··· i之间任何一我的，则将其从队伍中抽出，放到队尾，从新排队，再改变tail的指向为这我的

3. 若是叫到j,则保持队伍不变

4. 队伍达到最大人数，则去掉head指向的编号a，并改变head指向编号b,再在队尾增长一我的，假定编号为k，最后则将tail指向编号k

5. 队伍没有达到最大人数，须要增长队伍人数。只须要在队尾增长编号为k的人。再将tail指向编号k

3、源码分析

咱们能够经过一张图来先简单理解做者的数据结构：

做者在caches对象的_keymap里面保存所须要缓存的变量，经过older以及newer这两个属性来实现双向链表。older指向其前一个对象，newer指向其后一个对象。经过这两个属性，将缓存中的变量链接起来。

以上图举例：
缓存caches这个对象中保存了三个变量:key1、key2、key3。

• header指向key1

• tail指向key2

指向以下：

key1              key2              key3       
        ______            ______            ______       
       | head |.newer => |      |.newer => | tail |      
       |      |          |      |          |      |      
       |______| <= older.|______| <= older.|______|

下面咱们来看做者对这些数据的处理所使用的方法

文件位置：src/cache.js

首先export构造函数Cache

export default function Cache (limit) {
  // 标识当前缓存数组的大小
  this.size = 0
  // 标识缓存数组能达到的最大长度
  this.limit = limit
  // head（最不经常使用的项），tail（最经常使用的项）所有初始化为undefined
  this.head = this.tail = undefined
  this._keymap = Object.create(null)
}

接下来做者在Cache的原型链上面分别定义了：

1. put：在缓存中加入一个key-value对象，若是缓存数组已经达到最大值，则返回被删除的entry，即head,不然返回undefined

2. shift：在缓存数组中移除最少使用的entry，即head，返回被删除的entry。若是缓存数组为空，则返回undefined

3. get：将key为传入参数的缓存对象标识为最常使用的entry，即tail，并调整双向链表，返回改变后的tail。若是不存在key为传入参数的缓存对象，则返回undefined

a) get:

Cache.prototype.get = function (key, returnEntry) {
  var entry = this._keymap[key]
  // 若是查找不到含有`key`这个属性的缓存对象
  if (entry === undefined) return
  // 若是查找到的缓存对象已是 tail (最近使用过的)
  if (entry === this.tail) {
    return returnEntry
      ? entry
      : entry.value
  }
  // HEAD--------------TAIL
  //   <.older   .newer>
  //  <--- add direction --
  //   A  B  C  <D>  E
  if (entry.newer) {
  // 处理 newer 指向
    if (entry === this.head) {
      // 若是查找到的缓存对象是 head (最近最少使用过的)
      // 则将 head 指向原 head 的 newer 所指向的缓存对象
      this.head = entry.newer
    }
    // 将所查找的缓存对象的下一级的 older 指向所查找的缓存对象的older所指向的值
    // 例如：A B C D E
    // 若是查找到的是D，那么将E指向C，再也不指向D
    entry.newer.older = entry.older // C <-- E.
  }
  if (entry.older) {
  // 处理 older 指向
    // 若是查找到的是D，那么C指向E，再也不指向D
    entry.older.newer = entry.newer // C. --> E
  }
  // 处理所查找到的对象的 newer 以及 older 指向
  entry.newer = undefined // D --x
  // older指向以前使用过的变量，即D指向E
  entry.older = this.tail // D. --> E
  if (this.tail) {
    // 将E的newer指向D
    this.tail.newer = entry // E. <-- D
  }
  // 改变 tail 为D 
  this.tail = entry
  return returnEntry
    ? entry
    : entry.value
}

b) put:

Cache.prototype.put = function (key, value) {
  var removed

  var entry = this.get(key, true)
  // 若是不存在 key 这样属性的缓存对象，才能调用 put 方法
  if (!entry) {
    if (this.size === this.limit) {
    // 若是缓存数组达到上限，则先删除 head 指向的缓存对象
      removed = this.shift()
    }
    // 初始化赋值
    entry = {
      key: key
    }
    this._keymap[key] = entry
    if (this.tail) {
    // 若是存在tail（缓存数组的长度不为0），将tail指向新的 entry
      this.tail.newer = entry
      entry.older = this.tail
    } else {
    // 若是缓存数组的长度为0，将head指向新的entry
      this.head = entry
    }
    this.tail = entry
    this.size++
  }
  entry.value = value

  return removed
}

c) shift：

Cache.prototype.shift = function () {
  var entry = this.head
  if (entry) {
    // 删除 head ，并改变指向
    this.head = this.head.newer
    this.head.older = undefined
    entry.newer = entry.older = undefined
    // 同步更新 _keymap 里面的属性值
    this._keymap[entry.key] = undefined
    // 同步更新 缓存数组的长度
    this.size--
  }
  return entry
}

4、后记

从整个的代码来看，须要学习的不只仅是LRU算法，做者的对于Object的处理方式也值的咱们评味一番。

没有选择去遍历entry，选择经过在Cache内增长一个_keymap属性，经过这个属性来管理entry，实现key与newer、older状态的分离，减小代码的复杂度

5、附

1. 源码版本为v1.0.26

2. 主要内容来自爱屋吉屋FE团队的技术分享会