性能优化总结（四）：预加载的设计

2021-09-01 04:21:16

本节说一下数据的预加载。这节的内容与SQL没什么关系。主要说的是在 GIX4项目中，我们是如何设计符合需求的预加载类库的。内容如下：

什么是预加载，为什么要用它？
我们所需要的API
一个简单的例子

什么是预加载？

预加载其实就是在真正开始使用数据之前，先异步把数据加载好，等到需要使用时，就可以直接使用之前加载好的数据。这时，由于数据已经加载完成，而不用等待漫长的加载过程，所以程序的速度得到一个明显的提升。

那么，什么时候需要使用它呢？我觉得，主要是这种情况：当我们可以预知程序接下来的步骤中，很可能会用到一些数据，而获取这些数据的操作比较耗时的时候，我们就可以使用预加载的方式，提前把数据准备好。

预加载需要使用异步方法，也就是使用后台线程来加载数据。这样做的好处当然是不会阻塞当前的主线程。（不过如果当前线程本身就是用于异步加载数据的话，那就没必要再新开线程了。）

我们可以使用很多种方式来实现异步加载：在.NET Framework的类库中，很多地方都提供了异步编程模式（Asynchronous Programming Design Patterns）的API，使用这个模式，可以方便地实现各种异步加载。当然，我们也可以使用2.0提供的ThreadPool.QueueUserWorkItem来实现一些轻量级的异步操作。在.NET4.0最新的API中，提供了Task类来表示可执行任务。

但是，这些并不是我想要的API……

我们所需要的API

目前系统中预加载使用的场景需求是这样的：

预加载可以对指定的数据获取操作（loading action）进行封装，在需要时调用。
使用数据的模块（使用者），并不一定知道是谁、在何时给它提前加载的数据。它只会申请使用数据。
发起异步加载的模块（发起者），应该知道使用者是谁。
多个发起者之间没有关系，但是都可以为某一使用者发起预加载。但是保证真正的数据加载操作，只会发生一次。
支持重新加载。
一个类中，支持对它不同的数据进行不同加载方式，以方便按需加载。
从使用者的角度来看，不管有没有发起者为它进行预加载，它都可以申请并拿到想要的数据。也就是说：
当没有发起者为它进行预加载，那么它的数据申请会导致即时的数据加载；
如果已经发起了预加载，而且数据已经加载完成，则直接获取到加载好的数据；
如果数据没有完成，则数据使用者需要等待数据的加载完成后，才可以获取到数据并继续当前的操作。

其中，最重要的就是最后点。

可以看到，这里需要用到异步操作、线程间同步。所以我们需要基于上面提到的多种API来实现，这里我们使用的是简单的线程池的方式，比较简单，不再赘述。

最后设计出的API大致是这样的：

namespace OpenExpressApp
{
    public enum LoaderStatus
    {
        NotStarted = 0,
        Running = 1,
        Completed = 2,
        Failed = 3,
    }

    public class ForeAsyncLoader
    {
        public ForeAsyncLoader(Action loadAction);

        public LoaderStatus Status { get; }

        public event EventHandler ActionSucceeded;

        /// <summary>
        /// 申请启用线程进行预加载。
         /// 注意：
         /// 本方法可以重入，多次调用也只会执行一次ladAction
         /// </summary>
        public void BeginLoading();
        /// <summary>
        /// 重设加载器。
         /// 使用此方法后，再次申请预加载时，会再次执行loadAction。
        /// </summary>
        public void Reset();
        /// <summary>
        /// 等待数据加载完成。
         /// </summary>
        public void WaitForLoading();
    }
}

例子

    客户程序使用时，需要为其定义一个属性，举例如下：

数据持有者：

public class DataHolder
{
    private object _data;

    public object Data
    {
        get
        {

            return this._data;
        }
    }

    private object GetDataFromWeb()
    {

        //...
    }
}
如果它的data1数据加载比较慢，我们可以为其定义一个预加载属性：

private ForeAsyncLoader _dataLoader;

/// <summary>
/// 数据加载器

/// </summary>
public ForeAsyncLoader DataLoader
{
    get
    {
        if (this._dataLoader == null)
        {
            this._dataLoader = new ForeAsyncLoader(() =>
            {
                //真正加载数据
                this._data = this.GetDataFromWeb();
            });
        }
        return this._dataLoader;
    }
}
这样，数据的“消费者”就可以使用这个数据：

public class DataConsumer
{
    private void Process(DataHolder holder)
    {
        holder.DataLoader.WaitForLoading();
        var data = holder.Data;

        //consume data...

}
}

在这里，虽然使用者并不知道有没有其它代码给holder执行了数据的预加载，但是当WaitForLoading方法执行完成后，数据是必然获取到本地了。所以就可以直接使用数据。我们甚至可以把这句代码放在Data属性的get代码块中，这样，使用者甚至都不知道数据的获取方案！

然后，可以在运行于它之前的代码中，为这个“DataHolder”申请预加载。例如，我们在应用程序启动的时候，就开始预加载。下面的方法调用了BeginLoading方法，此方法会使用后台线程加载数据，所以这里会立即返回：

public class Invoker
{
    private DataHolder _holder = new DataHolder();

    private void App_Start()
    {
        this._holder.DataLoader.BeginLoading();
        //do other things
    }
}
至此，就完成了一个最简单的预加载。

过程如下：

（图画得不熟，哪画错了，望大家指正，谢谢。）

小结

    本篇主要说了一下在目前的系统中，如何设计出一个满足场景应用需求的预加载API。

    预加载是一个经常会被使用到的模式，希望对大家有用。

    下一篇我会写一下与目前系统关联比较大的内容：与GIX4对象模型相关的“预加载、延迟加载、聚合SQL的组合应用”；另外可能会顺便说一下，如何让CSLA的服务端框架支持多线程并发。

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