CN110247939A - 利用多级缓存技术实现的高性能混合框架 - Google Patents

利用多级缓存技术实现的高性能混合框架 Download PDF

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Abstract

本发明提供利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，包括：位于Web层的各Web页面及Web访问Native资源模块；位于Native层的Web容器、Native支持模块、及Web资源缓存框架。本发明解决了网页开发JavaScript程序和手机开发语言程序之间的数据通信的需求，让移动开发更加方便和灵活。同时，为Web资源引入缓存方案，数据从手机本地缓存加载之后将会大幅减少Web资源获取的时间，降低对网络的依赖，提高了用户使用体验，特别是弱网环境缓存所带来的性能和时效提升尤其明显。此外，间接降低了对网络和服务器的性能需求，提高了经济效益。

Description

利用多级缓存技术实现的高性能混合框架
技术领域
本发明涉及软件领域，特别是涉及利用多级缓存技术实现的高性能混合框架。
背景技术
随着智能手机的普及和手机硬件技术的快速提升，手机应用的范围越来越广泛，人们对手机的依赖程度也越来越高，然而，网络技术的发展却相对滞后，这一状况在很大程度上影响了用户使用智能手机应用的体验。其次，随着互联网的发展，催生了新的开发场景：业务方需求需要被快速开发迭代，立即投放市场，迅速占领市场获取收益。这就对传统周期较慢的迭代开发模式提出了挑战。
当前智能手机操作系统主要有iOS和Android，手机应用需要支持这些操作系统，就需要维护不同的版本，对资源消耗较大，而Web的跨平台和动态部署的优势就有了用武之地。然而，Web访问时需要不断的重复加载资源(目前使用Web技术大部分的耗时都发生在网络资源的加载过程中，是性能瓶颈所在)，对网络依赖度较大。而与之相对应的现状是：目前移动网络各地区发展不平衡，很多地方带宽不足，尤其是稳定性远低于固定宽带，再加上服务器承载能力有限，导致访问Web资源的体验较Native(手机开发语言开发程序代码，比如：iOS为Objective-C)的手机应用差了很多，因此Web资源的快速加载是一个亟待解决的痛点。
缓存技术可以大幅减少对网络的访问次数，在很大程度上降低对网络的依赖，同时能减少对服务器的访问，极大地提高网络资源的加载速度，从而大大改善用户体验，甚至达到Native应用的程度。但由于Web在移动设备上权限受限，无法访问大多数手机设备的硬件资源，鉴于此，我们认为需要Native代码提供访问手机设备资源的接口，形成Web+Native应用的混合框架，才能达到快速加载的目的。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，用于解决现有技术中的上述问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，包括：位于Web层的各Web页面及Web访问Native资源模块；位于Native层的Web容器、Native支持模块、及Web资源缓存框架；其中，各所述Web页面，用于组织和处理用户交互需求，并将访问Native的需求传递给所述Web访问Native资源模块；所述Web访问Native资源模块，用于根据预设的数据调用协议将所述需求封装成Web层和Native层皆能识别的URL请求；所述Web容器，用于截获所述Web层发来的所述URL请求，并将所述URL请求转发给所述Native支持模块；所述Native支持模块，用于解析所述URL请求，并根据解析结果调用所述Web资源缓存框架；所述Web资源缓存框架，用于从系统网络或存储介质上获取相应的数据，并将数据回传给JavaScript调用方。根据权利要求1所述的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，所述Web容器还用于：装载Web页面、提供JavaScript执行环境、及渲染相应的显示页面以供展示和交互。
于本发明一实施例中，所述Web资源缓存框架包括：缓存控制器、存取控制器、内存缓存模块、及闪存缓存模块，其中，所述缓存控制器，用于接收由所述Native支持模块解析得到的资源获取需求，并校验是否需要对所述资源获取需求进行处理；若校验结果为需要处理，则将包括URL在内的参数转发给所述存取控制器；所述存取控制器，用于根据所述缓存控制器发送的参数，控制和管理所述内存缓存模块和所述闪存缓存模块，并向外提供统一的存储和访问接口。
于本发明一实施例中，还包括：网络数据下载模块，用于从网络加载数据；校验数据有效性，并将有效数据回调传给所述缓存控制器，以供所述缓存控制器将所述有效数据转发给所述存取控制器，再由所述存储控制器将所述有效数据依次存储到所述内存缓存模块和所述闪存缓存模块，从而在访问同一Web资源时能从本地加载。
于本发明一实施例中，所述缓存控制器校验是否需要对该需求进行处理的实现过程包括：调用默认缓存规则，并将所述资源获取需求中的URL作为参数传递至所述默认缓存规则，由所述默认缓存规则校验是否需要处理所述资源获取需求。
于本发明一实施例中，所述存取控制器控制所述内存缓存模块和所述闪存缓存模块，包括：令所述内存缓存模块在内存中查找缓存数据，并将查找获得的缓存数据直接返回给所述JavaScript调用方；若所述内存缓存模块在内存中查找缓存数据失败，则令所述闪存缓存模块在闪存中查找缓存数据；当查找成功时，根据预设内存缓存规则决定是否需要装载这些数据到所述内存缓存模块，从而提高下次访问速度。
于本发明一实施例中，还包括：若所述闪存缓存模块在闪存中查找缓存数据失败，则依次向上回调，从而告知所述缓存控制器当前资源获取请求在本地无缓存，需从网络加载。
于本发明一实施例中，所述预设内存缓存规则包括：单一数据不超过200KB。
于本发明一实施例中，还包括：每次数据在所述内存缓存模块或所述闪存缓存模块中成功读取时，记录本次访问的时间，从而在预设触发条件下通过LRU算法清除最久未访问的数据。
于本发明一实施例中，所述默认的缓存规则包括：若规则一、规则二、及规则三中的任意一项判断结果为否或者规则四的判断结果为是则不予处理，其中，所述规则一：是否符合等效调用规则，其中，同一URL多次调用的结果一致；所述规则二：是否符合支持的网络资源访问协议；所述规则三：是否符合预设白名单规则，所述预设白名单规则为符合时间和空间上URL唯一的服务器资源；所述规则四：是否符合预设黑名单规则，所述预设黑名单规则为不符合时间和空间上URL唯一的服务器资源。
如上所述，本发明的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，具有以下有益效果：解决了网页开发JavaScript程序和手机开发语言程序之间的数据通信的需求，让移动开发更加方便和灵活。同时，为Web资源引入缓存方案，数据从手机本地缓存加载之后将会大幅减少Web资源获取的时间，降低对网络的依赖，提高了用户使用体验，特别是弱网环境缓存所带来的性能和时效提升尤其明显。此外，间接降低了对网络和服务器的性能需求，提高了经济效益。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架的示意图。
图2显示为本发明一实施例中的Web资源缓存框架的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本实施例提供一种利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，该混合框架包括如下部分：
各个Web页面：负责组织和处理用户交互需求；
Web访问Native的资源模块：各个Web页面的JavaScript代码会将访问Native的需求传递给该模块，通过它参考数据调用协议可以将该需求序列化为相应的“方法调用”；
数据调用协议：Web的JavaScript语言和Native(Objective-C和Java)语言的数据调用协议，通过该协议，JavaScript语言和Native语言都可以将数据封装成对方可识别的“方法调用”(同时包含相应的参数)等。该协议由JavaScript和Native双方事先协商制定，包含一系列双方均支持的关键字，以及编码方式；
Web容器：Web容器负责截获Web层发来的数据调用协议，以及装载Web页面，提供JavaScript执行环境，同时渲染出相应的显示页面给用户展示和交互等等；
Native支持模块：Web容器将“方法调用”托管给Native的支持模块，由该模块解析该“方法调用”，再调用Native相应的具体实现模块，例如：这里的Web资源缓存框架；
Web资源缓存框架：其通过系统网络或者存储介质(内存或者闪存)获取相应的数据，然后将数据回传给JavaScript调用方。
针对上述缓存方案，这里选择在iOS系统下的部分具体实施方式来说明：
Web资源缓存框架通过截获系统网络请求来实现JavaScript到Native(手机开发语言开发程序代码，比如：iOS为Objective-C)语言的之间的桥梁。具体为：当Web端需要加载一个网络资源的时候，Web根据数据访问协议将这种需求封装成一个带特定scheme(访问协议，比如：http，https，ftp，file等，这里为自定义的特殊字符串)以及特定字符串或者不带scheme只含有特定字符串的URL(网络统一资源定位符，通过它就可以访问该网络资源)请求，其包括两种情况：一种是由Web业务方主动发起，其可以封装成第一个模式，例如：URL地址为CallNativeMethod://getImageData＝”http://x.x.com/x.jpg”，其中scheme为CallNativeMethod，特定字符串为“getImageData”，Web端通过Web的网络请求框架发出该网络请求；另外一种是用系统Web引擎发起的，其符合第二种模式，例如：“https://x.x.com/h5/js/x.js”，其特定字符串为“/h5/js/x.js”。
苹果iOS系统URL Loading System(URL数据加载系统)包含了一系列类和协议，来支持App访问URL上的内容，其核心类是NSURL(iOS支持URL访问的具体实现类)。该网络请求会被iOS的Web容器中引入的URL Loading System所截获，具体行为由其中的NSURLProtocol类来完成。然后，Web容器将该请求转发到Native支持模块。
接下来，Native支持模块根据数据访问协议将URL中的数据信息解析出来。首先，检查URL是否符合数据调用协议的第一种情况，如果符合，则解析出具体的方法和参数。例如：CallNativeMethod://getImageData＝”http://x.x.com/x.jpg”可以解析出scheme为“CallNativeMethod”，访问方法“getImageData”，其代表调用Native端的getImageData方法来获取位于http://x.x.com/x.jpg的图片资源。然后，该模块调用getImageData方法，但在getImageData方法中并不会真正获取数据，而是将数据获取的请求统一转发给Web资源缓存框架处理。如果检查URL不符合第一种情况，则检查是否符合第二种情况，如果符合第二种情况，也直接将数据获取的请求转发给Web资源缓存框架处理。如果检查URL两种情况都不符合，则不处理，由系统处理(系统将直接访问网络获取资源)。
如图2所示，Web资源缓存框架是本混合框架的子框架，负责向上快速提供有效和可靠的数据支持，它也可以独立工作，为Native资源缓存需求做支撑，该框架工作过程如下：
缓存控制器收到由Native支持模块转发过来的资源获取需求后，首先调用默认缓存规则，并将该资源获取需求中的URL作为参数传递至该默认缓存规则，由该规则校验是否需要Web缓存框架处理该需求。
默认的缓存规则主要包括：1、是否符合等效调用规则，同一URL多次调用结果一致，目前暂时认为只有“GET”请求符合这一规则，所以这个规则等效于检查是否为“GET”请求。2、是否符合支持的网络资源访问协议，目前支持http、https、file、data。3、是否符合预设白名单规则，作为针对性的精确缓存缓存，我们只缓存符合时间和空间上URL唯一的服务器资源(主要是支持该特性的服务器路径集合和文件类型集合)。4、是否符合预设黑名单规则。对于不符合规则1、2、3中的任意一项或者符合规则4就不予处理。
如果被默认缓存规则标记为处理，缓存控制器会将包括URL在内的参数转发给存取控制器。存取控制器负责内存缓存模块和闪存缓存模块的控制和管理，并且向外提供统一的存储和访问接口。
缓存控制器调用内存缓存模块，该模块维护一个支持key-value映射存储的数据结构，根据URL参数计算出key，由key直接映射出value的内存地址，算法复杂度为O(1)。如果在内存中找到缓存数据则直接返回给调用方，否则向下调用闪存的缓存模块，如果闪存模块返回缓存数据，则根据内存缓存规则(例如：单一数据不超过200KB)决定是否需要装载数据到内存，以提高下次访问速度。如果闪存也没有返回可用的数据就依次向上回调，告诉缓存控制器当前数据请求本地无缓存，需从网络加载该数据。每次数据在内存中成功读取的时候，将记录本次访问的时间，为后面的LRU(Least Recently Used，最近最久未使用)算法提供数据支持。当发生写入操作触发LRU算法，如果已缓存的数据总开销达到预设的阈值，则启动该算法，另外系统产生内存警告的时候，直接清除所有的内存数据缓存。
闪存缓存模块维护一个文件存取器和文件存储队列，资源数据全部以文件的形式存在手机的闪存上，所有的存取操作都会提交给文件存储队列，队列会依次完成这些操作，尝试从手机闪存上读取文件，如果存在该文件，则将文件反序列化为内存数据模型，并将该数据回调传给内存缓存模块，否则回调时传递数据为空。同样的，每次读取数据成功，则记录本次访问时间。LRU算法会在每次App启动后一段时间内触发，清除部分最久未访问的数据，直到闪存占用的大小降到预设阈值的75％。
当内存和闪存都不存在某一缓存数据时，缓存控制器将调用网络数据下载模块，从网络获取完整有效的数据。该模块维护一个下载队列，使用iOS系统提供的HTTP数据下载框架获取相应的网络数据，并将得到网络数据分片组成完整数据单元，然后校验数据有效性后回调传给缓存控制器，由其转发给存取控制器，将数据依次存储到内存缓存模块和闪存缓存模块，之后访问同一Web资源时便可以从手机本地加载。
作为针对性的精确缓存，本缓存方案认为本地存在的缓存均为有效且可靠的Web资源，不需要不断地向服务器询问某一缓存是否有效，也不需要定期刷新缓存。对此服务器需要做的支持是：服务器每一次资源改变都将导致URL地址改变，也就是说，任何一个资源的任何一次改动都会被标记为时间和空间上唯一URL地址，所有本地的所有缓存只会存在不再被使用的情况，而不会出现失效的问题，对此我们提供了LRU(最近最久未使用)算法定期清除不再被使用的资源。
本缓存方案提供了一种缓存的生成、使用和管理方案，以提高Web重复加载的目的，包括如下几个方面：
方面一：缓存适用规则，用于区分缓存的哪些资源访问可以使用该缓存；
方面二：原始加载模块，当缓存没有命中(缓存不存在或已删除)，定义如何从网络加载数据；
方面三：缓存存储和访问，将得到的原始数据按照某种方式分级存储到本地存储介质(包括内存和闪存)，同时访问和管理多级存储，并且在必要的场景相互转化等；
方面四：缓存清除，对于不再需要的缓存通过LRU算法清除。
综上所述，本发明的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，包括：位于Web层的各Web页面及Web访问Native资源模块；位于Native层的Web容器、Native支持模块、及Web资源缓存框架；其中，
各所述Web页面，用于组织和处理用户交互需求，并将访问Native的需求传递给所述Web访问Native资源模块；
所述Web访问Native资源模块，用于根据预设的数据调用协议将所述需求封装成Web层和Native层皆能识别的URL请求；
所述Web容器，用于截获所述Web层发来的所述URL请求，并将所述URL请求转发给所述Native支持模块；
所述Native支持模块，用于解析所述URL请求，并根据解析结果调用所述Web资源缓存框架；
所述Web资源缓存框架，用于从系统网络或存储介质上获取相应的数据，并将数据回传给JavaScript调用方。
2.根据权利要求1所述的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，所述Web容器还用于：装载Web页面、提供JavaScript执行环境、及渲染相应的显示页面以供展示和交互。
3.根据权利要求1所述的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，所述Web资源缓存框架包括：缓存控制器、存取控制器、内存缓存模块、及闪存缓存模块，其中，
所述缓存控制器，用于接收由所述Native支持模块解析得到的资源获取需求，并校验是否需要对所述资源获取需求进行处理；若校验结果为需要处理，则将包括URL在内的参数转发给所述存取控制器；
所述存取控制器，用于根据所述缓存控制器发送的参数，控制和管理所述内存缓存模块和所述闪存缓存模块，并向外提供统一的存储和访问接口。
4.根据权利要求3所述的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，还包括：网络数据下载模块，用于
从网络加载数据；
校验数据有效性，并将有效数据回调传给所述缓存控制器，以供所述缓存控制器将所述有效数据转发给所述存取控制器，再由所述存储控制器将所述有效数据依次存储到所述内存缓存模块和所述闪存缓存模块，从而在访问同一Web资源时能从本地加载。
5.根据权利要求3所述的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，所述缓存控制器校验是否需要对该需求进行处理的实现过程包括：
调用默认缓存规则，并将所述资源获取需求中的URL作为参数传递至所述默认缓存规则，由所述默认缓存规则校验是否需要处理所述资源获取需求。
6.根据权利要求3所述的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，所述存取控制器控制所述内存缓存模块和所述闪存缓存模块，包括：
令所述内存缓存模块在内存中查找缓存数据，并将查找获得的缓存数据直接返回给所述JavaScript调用方；
若所述内存缓存模块在内存中查找缓存数据失败，则令所述闪存缓存模块在闪存中查找缓存数据；当查找成功时，根据预设内存缓存规则决定是否需要装载这些数据到所述内存缓存模块，从而提高下次访问速度。
7.根据权利要求6所述的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，还包括：若所述闪存缓存模块在闪存中查找缓存数据失败，则依次向上回调，从而告知所述缓存控制器当前资源获取请求在本地无缓存，需从网络加载。
8.根据权利要求6所述的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，所述预设内存缓存规则包括：单一数据不超过200KB。
9.根据权利要求6所述的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，还包括：每次数据在所述内存缓存模块或所述闪存缓存模块中成功读取时，记录本次访问的时间，从而在预设触发条件下通过LRU算法清除最久未访问的数据。
10.根据权利要求5所述的利用多级缓存技术实现的高性能混合框架，其特征在于，所述默认的缓存规则包括：若规则一、规则二、及规则三中的任意一项判断结果为否或者规则四的判断结果为是则不予处理，其中，
所述规则一：是否符合等效调用规则，其中，同一URL多次调用的结果一致；
所述规则二：是否符合支持的网络资源访问协议；
所述规则三：是否符合预设白名单规则，所述预设白名单规则为符合时间和空间上URL唯一的服务器资源；
所述规则四：是否符合预设黑名单规则，所述预设黑名单规则为不符合时间和空间上URL唯一的服务器资源。
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