【Java设计模式】脏标记模式：通过变更跟踪优化性能

本文主要是介绍【Java设计模式】脏标记模式：通过变更跟踪优化性能，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

【Java设计模式】脏标记模式：通过变更跟踪优化性能

一、概述

脏标记设计模式通过维护一个布尔标记来避免不必要的计算或资源密集型操作，该标记跟踪对象的状态是否已更改（“脏”）或保持不变（“干净”）。当该标记被设置时，表示需要执行特定操作，如重新计算或刷新数据，以反映更新后的状态。

二、详细解释及实际示例

1. 实际示例：
   • 想象一个图书馆，其电子目录系统跟踪哪些书被借出和归还。每本书的记录都有一个“脏标记”，每当一本书被借出或归还时，该标记就会被标记。在每天结束时，图书馆工作人员只检查那些标记为“脏”的记录来更新物理库存，而不是检查图书馆中的每一本书。这个系统通过只关注状态已更改的项目，大大减少了日常库存检查所需的努力和时间，类似于脏标记设计模式通过仅在必要时执行资源密集型操作来最小化它们。
2. 通俗解释：
   • 脏标记设计模式通过使用标记来跟踪对象的状态何时更改以及需要更新，从而最小化不必要的操作。
3. 维基百科解释：
   • 脏位或修改位是与计算机内存块相关联的位，用于指示相应的内存块是否已被修改。当处理器写入（修改）此内存时，脏位被设置。该位表示其相关联的内存块已被修改，尚未保存到存储中。当要替换内存块时，会检查其相应的脏位，以确定在替换之前是否需要将该块写回辅助存储器，或者是否可以简单地删除它。脏位用于CPU缓存和操作系统的页面替换算法中。

三、Java中脏标记模式的编程示例

DataFetcher类负责从文件中获取数据。它有一个脏标记，用于指示文件中的数据自上次获取以来是否已更改。

public class DataFetcher {private long lastFetched;private boolean isDirty = true;// 其他属性和方法...
}

DataFetcher类有一个fetch方法，在获取数据之前检查脏标记。如果标记为真，它将从文件中获取数据并将标记设置为假。如果标记为假，它将返回先前获取的数据。

public List<String> fetch() {if (!isDirty) {return data;}data = fetchFromDatabase();isDirty = false;return data;
}

World类使用DataFetcher来获取数据。它有一个fetch方法，该方法调用DataFetcher的fetch方法。

public class World {private final DataFetcher fetcher = new DataFetcher();public List<String> fetch() {return fetcher.fetch();}
}

App类包含main方法，演示了脏标记模式的使用。它创建了一个World对象，并在循环中从该对象获取数据。World对象使用DataFetcher来获取数据，而DataFetcher仅在脏标记为真时才从文件中获取数据。

@Slf4j
public class App {public void run() {final var executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();executorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {final World world = new World();@Overridepublic void run() {var countries = world.fetch();LOGGER.info("我们的世界目前有以下国家：-");countries.stream().map(country -> "\t" + country).forEach(LOGGER::info);}}, 0, 15, TimeUnit.SECONDS); // 每 15 秒运行一次。}public static void main(String[] args) {var app = new App();app.run();}
}

程序输出如下：

12:06:02.612 [pool - 1 - thread - 1] INFO com.iluwatar.dirtyflag.DataFetcher -- world.txt 是脏的！重新获取文件内容...
12:06:02.615 [pool - 1 - thread - 1] INFO com.iluwatar.dirtyflag.App -- 我们的世界目前有以下国家：-
12:06:02.616 [pool - 1 - thread - 1] INFO com.iluwatar.dirtyflag.App -- 	UNITED_KINGDOM
12:06:02.616 [pool - 1 - thread - 1] INFO com.iluwatar.dirtyflag.App -- 	MALAYSIA
12:06:02.616 [pool - 1 - thread - 1] INFO com.iluwatar.dirtyflag.App -- 	UNITED_STATES

四、何时在Java中使用脏标记模式

1. 当操作资源密集型且仅在某些更改发生后才必要时。
2. 在检查更改的成本明显低于执行操作本身的成本的场景中，提高成本效益。
3. 在对象维护状态的系统中，更新状态成本高昂且更新不频繁，促进性能效率。

五、脏标记模式在Java中的实际应用

1. 图形渲染引擎仅更新场景中已更改的部分，利用脏标记模式进行高效渲染。
2. Web应用程序用于部分页面渲染或缓存策略。
3. 数据库应用程序用于跟踪数据集的更改以最小化写入操作，确保有效的数据库管理。

六、脏标记模式的优点和权衡

优点：

1. 通过避免不必要的操作，减少计算和资源开销，从而提高性能。
2. 在操作成本高且更改不频繁的系统中，可以显著提高性能，促进系统优化。
3. 简化了关于何时执行某些操作的决策过程，有助于有效的资源分配。

权衡：

1. 通过向系统添加状态管理责任引入复杂性。
2. 需要勤奋管理标记，以确保它准确反映状态更改，避免过时或不正确的数据。
3. 可能会增加与不正确重置标记相关的错误风险，影响系统可靠性。

七、源码下载

脏标记模式示例代码下载

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