Java編程思想——第14章 類型信息(二)反射

六、反射:運行時的類信息

  我們已經知道了,在編譯時,編譯器必須知道所有要通過RTTI來處理的類。而反射提供了一種機制——用來檢查可用的方法,並返回方法名。區別就在於RTTI是處理已知類的,而反射用於處理未知類。Class類與java.lang.reflect類庫一起對反射概念進行支持,該類庫包含Field、Method以及Constructor(每個類都實現了Member接口)。這些類型是由JVM運行時創建的,用來表示未知類種對應的成員。使用Constructor(構造函數)創建新的對象,用get(),set()方法讀取和修改與Field對象(字段)關聯的字段,用invoke()方法調用與Method對象(方法)關聯的方法。這樣,匿名對象的類信息就能在運行時被完全確定下來,而在編譯時不需要知道任何事情。

  其實,當反射與一個未知類型的對象打交道時,JVM只是簡單地檢查這個對象,在做其他事情之前必須先加載這個類的Class對象。因此,那個類的.class文件對於JVM來說必須時可獲取的(在本地或網絡上)所以反射與RTTI的區別只在於:對於RTTI來說,編譯器在編譯時打開和檢查.class文件,而對於反射來說,.class文件在編譯時是不可獲得的,所以是運行時打開和檢查.class文件。反射在需要創建更動態的代碼時很有用。

七、動態代理

  代理是基本的設計模式:為其他對象提供一種代理,以便控制對象,而在對象前或后加上自己想加的東西。

interface Interface {
    void doSomething();

    void doSomeOtherThing(String args);
}

class RealObject implements Interface {

    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("doSomething");
    }

    @Override
    public void doSomeOtherThing(String args) {
        System.out.println("doSomeOtherThing" + args);
    }
}

class SimpleProxy implements Interface {

    private Interface proxyId;

    public SimpleProxy(Interface proxyId) {
        this.proxyId = proxyId;
    }

    @Override
    public void doSomething() {
        //將原有的doSomething 方法添加上了一個輸出 這就是代理之後新增的東西
        //就好比某公司代理遊戲后加的內購
        System.out.println("SimpleProxy doSomething");
        proxyId.doSomething();
    }

    @Override
    public void doSomeOtherThing(String args) {
        proxyId.doSomeOtherThing(args);
        //新增的東西可以在原有之前或之後都行
        System.out.println("SimpleProxy doSomeOtherThing" + args);
    }
}

public class SimpleProxyDemo {
    static void consumer(Interface i) {
        i.doSomething();
        i.doSomeOtherThing(" yi gi woli giao");
    }

    public static void main(String[] args) {
        consumer(new RealObject());
        System.out.println("-----  -----  -----");
        consumer(new SimpleProxy(new RealObject()));
    }
}

結果:

doSomething
doSomeOtherThing yi gi woli giao
-----  -----  -----
SimpleProxy doSomething
doSomething
doSomeOtherThing yi gi woli giao
SimpleProxy doSomeOtherThing yi gi woli giao

  因為consumer()接受的Interface,所以無論是RealObject還是SimpleProxy,都可以作為參數,而SimpleProxy插了一腳 代理了RealObject加了不少自己的東西。

  java的動態代理更前進一步,因為它可以動態創建代理並動態地處理對所代理方法的調用。在動態代理上所做的所有調用都會被重定向到單一的調用處理器上,它的工作是揭示調用的類型並確定相應的對策。

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

interface Interface {
    void doSomething();

    void doSomeOtherThing(String args);
}

class RealObject implements Interface {

    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("doSomething");
    }

    @Override
    public void doSomeOtherThing(String args) {
        System.out.println("doSomeOtherThing" + args);
    }
}

class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
    private Object proxyId;

    public DynamicProxyHandler(Object proxyId) {
        this.proxyId = proxyId;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("**** proxy:" + proxy.getClass() + ", method" + method + ", args:" + args);
        if (args != null) {
            for (Object arg : args) {
                System.out.println(" " + arg);
            }
        }
        return method.invoke(proxyId, args);
    }
}

public class SimpleProxyDemo {
    static void consumer(Interface i) {
        i.doSomething();
        i.doSomeOtherThing(" yi gi woli giao");
    }

    public static void main(String[] args) {
        RealObject realObject = new RealObject();
        consumer(realObject);
        System.out.println("-----  -----  -----");
     //動態代理 可以代理任何東西 Interface proxy
= (Interface) Proxy.newProxyInstance(Interface.class.getClassLoader(), new Class[]{Interface.class}, new DynamicProxyHandler(realObject)); consumer(proxy); } }

結果:

doSomething
doSomeOtherThing yi gi woli giao
-----  -----  -----
**** proxy:class $Proxy0, methodpublic abstract void Interface.doSomething(), args:null
doSomething
**** proxy:class $Proxy0, methodpublic abstract void Interface.doSomeOtherThing(java.lang.String), 
args:[Ljava.lang.Object;@7ea987ac  yi gi woli giao
doSomeOtherThing yi gi woli giao

通過Proxy.newProxyInstance()可以創建動態代理,這個方法需要三個參數:

1. 類加載器:可以從已經被加載的對象中獲取其類加載器;

2. 你希望該代理實現的接口列表(不可以是類或抽象類,只能是接口);

3. InvocationHandler接口的一個實現;

在 invoke 實現中還可以根據方法名處對不同的方法進行處理,比如:

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("**** proxy:" + proxy.getClass() + ", method" + method + ", args:" + args);
        if (args != null) {
            for (Object arg : args) {
                System.out.println(" " + arg);
            }
        }
        if (method.getName().equals("doSomething")) { System.out.println("this is the proxy for doSomething"); } return method.invoke(proxyId, args);
    }

還可以對參數或方法進行更多的操作因為 你已經得到了他們 盡情的使用你的代理權吧 ~~ 先加它十個內購。

九、接口與類型信息

  interface關鍵字的一種重要目標就是允許程序員隔離構件,進而降低耦合。反射,可以調用所有方法,甚至是private。唯獨final是無法被修改的,運行時系統會在不拋任何異常的情況接受任何修改嘗試,但是實際上不會發生任何修改。

    void callMethod(Object a, String methodName) throws Exception {
        Method method = a.getClass().getDeclaredMethod(methodName);
        method.setAccessible(true);
        method.invoke(a);
    }

 

 

  

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Tsx寫一個通用的button組件

一年又要到年底了,vue3.0都已經出來了,我們也不能一直還停留在過去的js中,是時候學習並且在項目中使用一下Ts了。

  如果說jsx是基於js的話,那麼tsx就是基於typescript的

  廢話也不多說,讓我們開始寫一個Tsx形式的button組件,

  ts真的不僅僅只有我們常常熟知的數據類型,還包括接口,類,枚舉,泛型,等等等,這些都是特別重要的

  項目是基於vue-cli 3.0 下開發的,可以自己配置Ts,不會的話那你真的太難了

  

 

     我們再compenonts中新建一個button文件夾,再建一個unit文件夾,button放button組件的代碼,unit,放一些公共使用模塊

  我們再button文件夾下創建 ,index .tsx放的button源碼,index.less放的是樣式,css也是不可缺少的

       

 

   分析一下button需要的一些東西

  第一個當然是props,還有一個是點擊事件,所以我們第一步就定義一下這兩個類型

type ButtonProps = {
  tag: string,
  size: ButtonSize,
  type: ButtonType,
  text: String
}

type ButtonEvents = {
  onClick?(event: Event) :void
}
type ButtonSize = 'large' | 'normal' | 'small' | 'mini'
type ButtonType = 'default' | 'primary' | 'info' | 'warning' | 'danger'

  因為button是很簡單的組件,內部也沒有一些特別的狀態需要改變,所以我們用函數式組件的方式去寫(之後的render會用到這個方法)

function Button (h: CreateElement, props: ButtonProps, slots: DefaultSlots, ctx: RenderContext<ButtonProps>) {
  const { tag, size, type } = props
  let text
  console.log(slots)
  text = slots.default ? slots.default() : props.text
  function onClick (event: Event) {
    emit(ctx, 'click', event)
  }
  let classes = [size,type]
  return (
    <tag
      onClick = {onClick}
      class = {classes}
    >
      {text}
    </tag>
  )
}

  h 是一個預留參數,這裏並沒有用到 ,CreateElement  這個是vue從2.5之後提供的一個類型,也是為了方便在vue項目上使用ts

  props 就是button組件的傳入的屬性,slots插槽,ctx,代表的是當前的組件,可以理解為當前rendercontext執行環境this

  DefaultSlots是我們自定義的一個插槽類型

export type ScopedSlot<Props = any> = (props?: Props) => VNode[] | VNode | undefined;

export type ScopedSlots = {
  [key: string]: ScopedSlot | undefined;
}

  插槽的內容我們都是需要從ctx中讀取的,默認插槽的key就是defalut,具名插槽就是具體的name

  button放發內部還有一個具體的點擊事件,還有一個emit方法,從名字我們也可以看的出,他是粗發自定義事件的,我們這裏當然不能使用this.emit去促發,

  所以我們需要單獨這個emit方法,我們知道組件內所以的自定義事件都是保存在listeners里的,我們從ctx中拿取到所以的listeners



  import { RenderContext, VNodeData } from ‘vue’ // 從vue中引入一些類型


function
emit (context: RenderContext, eventName: string, ...args: any[]) { const listeners = context.listeners[eventName] if (listeners) { if (Array.isArray(listeners)) { listeners.forEach(listener => { listener(...args) }) } else { listeners(...args) } }

  這樣我們組件內部的事件觸發就完成了

  我們的button肯定是有一些默認的屬性,所以,我們給button加上默認的屬性

Button.props = {
  text: String,
  tag: {
    type: String,
    default: 'button'
  },
  type: {
    type: String,
    default: 'default'
  },
  size: {
    type: String,
    default: 'normal'
  }
}

  我們定義一個通用的functioncomponent 類型

type FunctionComponent<Props=DefaultProps, PropsDefs = PropsDefinition<Props>> = {
  (h: CreateElement, Props:Props, slots: ScopedSlots, context: RenderContext<Props>): VNode |undefined,
  props?: PropsDefs
}

  PropsDefinition<T>  這個是vue內部提供的,對 props的約束定義

  不管怎麼樣我們最終返回的肯定是一個對象,我們把這個類型也定義一下

  ComponentOptions<Vue> 這個也是vue內部提供的

 interface DrmsComponentOptions extends ComponentOptions<Vue> {
  functional?: boolean;
  install?: (Vue: VueConstructor) => void;
}

  最終生成一個組件對象

function transformFunctionComponent (fn:FunctionComponent): DrmsComponentOptions {
  return {
    functional: true, // 函數時組件,這個屬性一定要是ture,要不render方法,第二個context永遠為underfine
    props: fn.props,
    model: fn.model,
    render: (h, context): any => fn(h, context.props, unifySlots(context), context)
  }
}

  unifySlots 是讀取插槽的內容

// 處理插槽的內容
export function unifySlots (context: RenderContext) {
  // use data.scopedSlots in lower Vue version
  const scopedSlots = context.scopedSlots || context.data.scopedSlots || {}
  const slots = context.slots()

  Object.keys(slots).forEach(key => {
    if (!scopedSlots[key]) {
      scopedSlots[key] = () => slots[key]
    }
  })

  return scopedSlots
}

  當然身為一個組件,我們肯定是要提供全局注入接口,並且能夠按需導入

  所以我們給組件加上名稱和install方法,install 是 vue.use() 方法使用的,這樣我們能全部註冊組件

export function CreateComponent (name:string) {
  return function <Props = DefaultProps, Events = {}, Slots = {}> (
    sfc:DrmsComponentOptions | FunctionComponent) {
    if (typeof sfc === 'function') {
      sfc = transformFunctionComponent(sfc)
    }
    sfc.functional = true
    sfc.name = 'drms-' + name
    sfc.install = install
    return sfc 
  }
}

  index.tsx 中的最後一步,導出這個組件

export default CreateComponent('button')<ButtonProps, ButtonEvents>(Button)

  還少一個install的具體實現方法,加上install方法,就能全局的按需導入了

function install (this:ComponentOptions<Vue>, Vue:VueConstructor) {
  const { name } = this
  Vue.component(name as string, this)
}

 

   最終實現的效果圖,事件的話也是完全ok的,這個我也是測過的

 

   代碼參考的是vant的源碼:

  該代碼已經傳到git:     dev分支應該是代碼全的,master可能有些並沒有合併

 

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在開發框架中擴展微軟企業庫,支持使用ODP.NET(Oracle.ManagedDataAccess.dll)訪問Oracle數據庫,基於Enterprise Library的Winform開發框架實現支持國產達夢數據庫的擴展操作

在前面隨筆《》中介紹了在代碼生成工具中使用ODP.NET(Oracle.ManagedDataAccess.dll)訪問Oracle數據庫,如果我們在框架應用中需要使用這個如何處理了?由於我們開發框架底層主要使用微軟企業庫(目前用的版本是4.1),如果是使用它官方的Oracle擴展,那麼就是使用EntLibContrib.Data.OdpNet(這個企業庫擴展類庫使用了Oracle.DataAccess.dll),不過這種方式還是受限於32位和64位的問題;假如我們使用ODP.NET(Oracle.ManagedDataAccess.dll)方式,可以使用自己擴展企業庫支持即可,類似於我們支持國產數據庫–達夢數據庫一樣的原理,使用Oracle.ManagedDataAccess類庫可以避免32位和64位衝突問題,實現統一兼容。

1、擴展支持ODP.NET(Oracle.ManagedDataAccess.dll)訪問

為了實現自定義的擴展支持,我們需要對企業庫的擴展類庫進行處理,類似我們之前編寫達夢數據庫的自定義擴展類庫一樣,這方面可以了解下之前的隨筆《》,我們現在增加對ODP.NET(Oracle.ManagedDataAccess.dll)方式的擴展支持。

首先我們創建一個項目,並通過Nugget的方式獲得對應的Oracle.ManagedDataAccess.dll類庫,參考企業庫對於Mysql的擴展或者其他的擴展,稍作調整即可。

 OracleDatabase類似下面代碼

using System;
using System.Data;
using System.Data.Common;

using Microsoft.Practices.EnterpriseLibrary.Common;
using Microsoft.Practices.EnterpriseLibrary.Data;
using Microsoft.Practices.EnterpriseLibrary.Data.Configuration;
using Oracle.ManagedDataAccess.Client;

namespace EntLibContrib.Data.OracleManaged
{
    /// <summary>
    /// <para>Oracle數據庫對象(使用ODP驅動)</para>
    /// </summary>
    /// <remarks>
    /// <para>
    /// Internally uses OracleProvider from Oracle to connect to the database.
    /// </para>
    /// </remarks>
    [DatabaseAssembler(typeof(OracleDatabaseAssembler))]
    public class OracleDatabase : Database
    {
        /// <summary>
        /// Initializes a new instance of the <see cref="OracleDatabase"/> class
        /// with a connection string.
        /// </summary>
        /// <param name="connectionString">The connection string.</param>
        public OracleDatabase(string connectionString) : base(connectionString, OracleClientFactory.Instance)
        {
        }
        
        /// <summary>
        /// <para>
        /// Gets the parameter token used to delimit parameters for the
        /// Oracle database.</para>
        /// </summary>
        /// <value>
        /// <para>The '?' symbol.</para>
        /// </value>
        protected char ParameterToken
        {
            get
            {
                return ':';
            }
        }

        .........

主要就是把對應的類型修改為Oracle的即可,如Oracle的名稱,以及參數的符號為 :等地方,其他的一一調整即可,不在贅述。

完成后,修改程序集名稱,編譯為 EntLibContrib.Data.OracleManaged.dll 即可。

 

2、框架應用的數據庫配置項設置

完成上面的步驟,我們就可以在配置文件中增加配置信息如下所示,它就能正常的解析並處理了。

 

 上面使用了兩種方式,一種是官方擴展的EntLibContrib.Data.OdpNet方式,一種是我們這裏剛剛出爐的 EntLibContrib.Data.OracleManaged方式,完整的數據庫支持文件信息如下所示。

<?xml version="1.0"?>
<configuration>
  <configSections>
    <section name="dataConfiguration" type="Microsoft.Practices.EnterpriseLibrary.Data.Configuration.DatabaseSettings, Microsoft.Practices.EnterpriseLibrary.Data"/>
    <section name="oracleConnectionSettings" type="EntLibContrib.Data.OdpNet.Configuration.OracleConnectionSettings, EntLibContrib.Data.OdpNet" />
  </configSections>
  <connectionStrings>
    <!--SQLServer數據庫的連接字符串-->
    <add name="sqlserver" providerName="System.Data.SqlClient" connectionString="Persist Security Info=False;Data Source=(local);Initial Catalog=WinFramework;Integrated Security=SSPI"/>
    
    <!--Oracle數據庫的連接字符串-->
    <add name="oracle" providerName="System.Data.OracleClient" connectionString="Data Source=orcl;User ID=whc;Password=whc"/>
    
    <!--MySQL數據庫的連接字符串-->
    <add name="mysql" providerName="MySql.Data.MySqlClient" connectionString="Server=localhost;Database=WinFramework;Uid=root;Pwd=123456;"/>
    
    <!--PostgreSQL數據庫的連接字符串-->
    <add name="npgsql" providerName="Npgsql" connectionString="Server=localhost;Port=5432;Database=postgres;User Id=postgres;Password=123456"/>
    
    <!--路徑符號|DataDirectory|代表當前運行目錄-->    
    <!--SQLite數據庫的連接字符串-->
    <add name="sqlite"  providerName="System.Data.SQLite" connectionString="Data Source=|DataDirectory|\WinFramework.db;Version=3;" />
    <!--Microsoft Access數據庫的連接字符串-->
    <add name="access" providerName="System.Data.OleDb" connectionString="Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source=|DataDirectory|\WinFramework.mdb;User ID=Admin;Jet OLEDB:Database Password=;" />   
    
    <!--IBM DB2數據庫的連接字符串-->
    <add    name="db2" providerName="IBM.Data.DB2"    connectionString="database=whc;uid=whc;pwd=123456"/>
    
    <!--採用OdpNet方式的Oracle數據庫的連接字符串-->
    <add    name="oracle2"    providerName="Oracle.DataAccess.Client"    connectionString="Data Source=orcl;User id=win;Password=win;" />
    <add    name="oracle3"    providerName="OracleManaged"    connectionString="Data Source=(DESCRIPTION=(ADDRESS=(PROTOCOL=TCP)(HOST=localhost)(PORT=1521))(CONNECT_DATA=(SERVER=DEDICATED)(SERVICE_NAME=orcl.mshome.net)));User ID=win;Password=win" />
  </connectionStrings>
  <dataConfiguration defaultDatabase="oracle3">
    <providerMappings>
      <add databaseType="EntLibContrib.Data.MySql.MySqlDatabase, EntLibContrib.Data.MySql" name="MySql.Data.MySqlClient" />
      <add databaseType="EntLibContrib.Data.SQLite.SQLiteDatabase, EntLibContrib.Data.SqLite" name="System.Data.SQLite" />
      <add databaseType="EntLibContrib.Data.PostgreSql.NpgsqlDatabase, EntLibContrib.Data.PostgreSql" name="Npgsql" />      
      <add databaseType="EntLibContrib.Data.DB2.DB2Database, EntLibContrib.Data.DB2" name="IBM.Data.DB2" />
      <add databaseType="EntLibContrib.Data.OdpNet.OracleDatabase, EntLibContrib.Data.OdpNet" name="Oracle.DataAccess.Client" />
      <add databaseType="EntLibContrib.Data.Dm.DmDatabase, EntLibContrib.Data.Dm" name="Dm" />
      <!--增加ODP.NET(Oracle.ManagedDataAccess.dll)方式的擴展支持-->
      <add databaseType="EntLibContrib.Data.OracleManaged.OracleDatabase, EntLibContrib.Data.OracleManaged" name="OracleManaged" />
    </providerMappings>
  </dataConfiguration>
  
  <appSettings>

  </appSettings>
  <startup useLegacyV2RuntimeActivationPolicy="true">
    <supportedRuntime version="v4.0" sku=".NETFramework,Version=v4.0"/>
    <supportedRuntime version="v2.0.50727"/>
  </startup>
</configuration>

這樣我們底層就可以實現多種數據庫的兼容訪問了。

採用不同的數據庫,我們需要為不同數據庫的訪問層進行生成處理,如為SQLServer數據的表生成相關的數據訪問層DALSQL,裏面放置各個表對象的內容,不過由於採用了相關的繼承類處理和基於數據庫的代碼生成,需要調整的代碼很少。

我們來編寫一段簡單的程序代碼來測試支持這種ODP.net方式,測試代碼如下所示。

private void btnGetData_Click(object sender, EventArgs e)
{
    string sql = "select * from T_Customer";// + " Where Name = :name";
    Database db = DatabaseFactory.CreateDatabase();
    DbCommand command = db.GetSqlStringCommand(sql);
    //command.Parameters.Add(new OracleParameter("name", "張三"));

    using (var ds = db.ExecuteDataSet(command))
    {
        this.dataGridView1.DataSource = ds.Tables[0];   
    }
}

測試界面效果如下所示。

以上這些處理,可以適用於Web框架、Bootstrap開發框架、Winform開發框架、混合式開發框架中的應用,也就是CS、BS都可以使用。

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人機對話技術研究進展與思考

嘉賓:袁彩霞 博士 北京郵電大學 副教授

整理:Hoh Xil

來源:阿里小蜜 & DataFun AI Talk

出品:DataFun

注:歡迎轉載,轉載請在留言區內留言。

導讀:本次分享的主題為人機對話技術研究進展與思考。主要梳理了我們團隊近兩年的工作,渴望可以通過這樣的介紹,能給大家一個關於人機對話 ( 包括它的科學問題和應用技術 ) 方面的啟示,幫助我們進行更深入的研究和討論。主要包括:

  1. Spoken dialogue system:a bird view ( 首先我們來看什麼是人機對話,尤其是 Spoken dialogue。其實說 Spoken 的時候,有兩層含義:第一個 spoken 就是 speech,第二個我們處理的語言本身具有 spoken 的特性。但是,稍後會講的 spoken 是指我們已經進行語音識別之後,轉換為文本的一個特殊的自然語言,後面討論的口語對話不過多地討論它的口語特性,主要是講人和機器之間的自然語言對話。)

  2. X-driven dialogue system:緊接着來講解我們近些年的研究主線 X-driven dialogue syatem,X 指構建一個對話系統時,所採用的數據是什麼,從最早的 dialogue -> FAQ -> KB -> KG -> document 以及我們一直在嘗試的圖文多模態數據。

  3. Concluding remarks ( 結束語 )

01

Spoken dialogue system:a bird view

學術界關於對話系統有着不同的劃分,這種劃分目前看來不是非常準確,也不是特別標準的劃分了。但是,接下來的內容,主要是圍繞着這兩個主線:

限定領域,專門指任務型對話 ( 圍繞某一特定用戶對話目標而展開的 )。對於任務型對話,對話系統的優化目標就是如何以一個特別高的回報、特別少的對話輪次、特別高的成功率來達成用戶的對話目標。所以即便是限定領域,我們這裏討論的也是特別限定的、專門有明確的用戶對話目標的一種對話。

開放領域,not purely task-oriented, 已經不再是純粹的對話目標驅動的對話,包括:閑聊、推薦、信息服務等等,後面逐步展開介紹。

我們在研究一個問題或者做論文答辯和開題報告時,經常討論研究對象的意義在哪裡。圖中,前面講的是應用意義,後面是理論意義。我們實驗室在北京郵電大學叫智能科學與技術實驗室,其實她的前身叫人工智能實驗室。所以從名字來看,我們做了非常多的 AI 基礎理論的研究,我們在研究這些理論的時候,也會講 AI 的終極目的是研製一種能夠從事人類思維活動的計算機系統。人類思維活動建立在獲取到的信號的基礎上。人類獲取信號的方式大體有五類,包括視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等,其中視覺和聽覺是兩個比較高級的傳感器通道,尤其是視覺通道,佔據了人類獲得信息的80%以上。所以我們從這兩個角度,設立了兩個研究對象:第一個是語言,第二個是圖像。而我們在研究語言的時候,發現語言有一個重要的屬性,叫交互性,交互性最典型的一個體現就是對話;同時,語言不是一個獨立的模態,語言的處理離不開跟它相關的另一個通道,就是視覺通道。所以我們早期更多是為了把交互和多模態這樣的屬性納入到語言建模的範圍,以其提升其它自然語言處理系統的性能,這就是我們研究的一個動機。

  1. Block diagram

上圖為 CMU 等在1997年提出來的人機對話框架,基於這個框架人們開發出了非常多優秀的應用系統,比如應用天氣領域的 “Jupiter”。這個框架從提出到商業化應用,一直到今天,我們都還沿着這樣的一個系統架構在進行開發,尤其是任務驅動的對話。

這就是具體的對話系統的技術架構。

  1. Specific domain

這個架構發展到現在,在功能模塊上,已經有了一個很清晰的劃分:

首先進行語音識別,然後自然語言理解,緊接着做對話管理,將對話管理的輸出交給自然語言生成模塊,最後形成自然語言應答返回給用戶。這就是一個最典型的 specific domain 的架構。早期 task 限定的 dialogue,基本上都是按照這個架構來做的。這個架構雖然是一個 Pipeline,但是從研究的角度來講,每一個模塊和其它模塊之間都會存在依賴關係。因此,我們試圖從研究的角度把不同的功能模塊進行統一建模。在這個建模過程中,又會產生新的學術性問題,我們旨在在這樣的問題上可以產生驅動性的技術。

  1. Open domain

Open domain,也就是“閑聊”,實現上主要分為途徑:

第一個是基於匹配/規則的閑聊系統;第二個是基於檢索的閑聊系統;第三個是基於編解碼結構的端到端對話系統。當然,實際情境中,這幾個途徑往往結合在一起使用。

02

X-Driven dialogue system

目前無論是任務型對話還是閑聊式對話,都採用數據驅動的方法,因此依據在構建人機對話系統時所用到的數據不同,建模技術和系統特性也就體現出巨大的不同。我們把使用的數據記為 X,於是就有了不同的 X 驅動的對話。

  1. Our roadmap

如果想讓機器學會像人一樣對話,我們可以提供的最自然的數據就是 dialogue。我們從2003年開始做對話驅動的對話;2012年開始做 FAQ 驅動的對話;2015年開始做知識庫 ( KB ) 驅動的對話;2016年開始做知識圖譜 ( KG ) 驅動的對話,相比於 KB,KG 中的知識點產生了關聯,有了這種關聯人們就可以在大規模的圖譜上做知識推理;2017年開始做文檔驅動的對話。這就是我們研究的大致脈絡。

  1. Dialogue-driven dialogue

早期在做 Dialogue driven 的時候,多依賴人工採集數據,但是,從2013年以來,逐步開放了豐富的涵蓋多領域多場景的公開數據集。比如最近的 MultiWOZ,從 task specific 角度講,數據質量足夠好、數據規模足夠大,同時涵蓋的對話情景也非常豐富。但是,目前公開的中文數據集還不是很多。

這個是和任務型對話無關的數據集,也就是採集的人與人對話的數據集。尤其以 Ubuntu 為例,從15年更新至今,已經積累了非常大規模的數據。

以 Dialogue 為輸入,我們開展了任務型和非任務型兩個方向的工作。先來看下任務型對話:

2.1 NLU

當一個用戶輸入過來,第一個要做的就是自然語言理解 ( NLU ),NLU 要做的三件事為:Domain 識別;Intent 識別;信息槽識別或叫槽填充。這三個任務可以分別獨立地或採用管道式方法做,也可以聯合起來進行建模。在聯合建模以外,我們還做了一些特別的研究。比如我們在槽識別的時候,總是有新槽,再比如有些槽值非常奇怪,例如 “XX手機可以一邊打電話一邊視頻嗎?”,對應着槽值 “視頻電話”,採用序列標註的方式,很難識別它,因為這個槽值非常不規範。用戶輸入可能像這樣語義非常鬆散,不連續,也可能存在非常多噪音,在進行聯合建模時,傳統的序列標註或分類為思想,在實際應用中已經不足以解決問題了。

我們針對這個問題做了比較多的探討,右圖為我們2015年的一個工作:在這三個任務聯合建模的同時,在槽填充這個任務上將序列標註和分類進行同時建模,來更好地完成 NLU。

在 NLU 領域還有一個非常重要的問題,隨着開發的業務領域越來越多,我們發現多領域對話產生了諸多非常重要的問題,例如在數據層有些 domain 數據可能很多,有些 domain 數據可能很少,甚至沒有,於是就遇到冷啟動的問題。因此,我們做了非常多的 domain transfer 的工作。上圖為我們2016年的一個工作,我們會把數據比較多的看成源領域,數據比較少的看成目標領域。於是,嘗試了基於多種遷移學習的 NLU,有的是在特徵層進行遷移,有的是在數據層遷移,有的是在模型層進行遷移。圖中是兩個典型的在特徵層進行遷移的例子,不僅關注領域一般特徵,而且關注領域專門特徵,同時採用了對抗網絡來生成一個虛擬的特徵集的模型。

2.2 NLU+DM

緊接着,我們研究了 NLU 和對話管理 ( DM ) 進行聯合建模,因為我們發現人人對話的時候,不見得是聽完對方說完話,理解了對方的意圖,然後才形成對話策略,有可能這兩個過程是同時發生的。甚或 DM 還可以反作用於 NLU。早期我們基於的一個假設是, NLU 可能不需要一個顯式的過程,甚至不需要一個顯式的 NLU 的功能,我們認為 NLU 最終是服務於對話管理 ( DM ),甚至就是對話管理 ( DM ) 的一部分。所以,2013年的時候,我們開始了探索,有兩位特別優秀的畢業生在這兩個方面做了特別多的工作。比如,如何更好地聯合建模語言理解的輸出和對話管理的策略優化。這是我們在 NLU 和 DM 聯合建模的工作,同時提升了 NLU 和 DM 的性能。

在聯合模型中,我們發現,DM 的建模涉及到非常多的 DRL ( 深度強化學習 ) 的工作,訓練起來非常困難,比如如何設計一個好的用戶模擬器,基於規則的,基於統計的,基於語言模型的,基於 RL 的等等我們嘗試了非常多的辦法,也取得了一系列有趣的發現。2018年時我們研究一種不依賴於規則的用戶模擬器,業界管這個問題叫做 “Self”-play,雖然我們和 “Self”-play 在網絡結構上差異挺大的,但是我們還是借鑒了 “Self”-play 訓練的特性,把我們自己的系統叫做 “Self”-play。在這樣的機制引導下,我們研究了不依賴於規則,不依賴於有標記數據的用戶模擬器,使得這個用戶模擬器可以像 Agent 一樣,和我們所構造的對話的 Agent 進行交互,在交互的過程中完成對用戶的模擬。

在訓練過程中還有一個重要的問題,就是 reward 怎麼來,我們知道在 task oriented 時,reward 通常是人類專家根據業務邏輯/規範制定出來的。事實上,當我們在和環境交互的時候不知道 reward 有多大,但是環境會隱式地告訴我們 reward 是多大,所以我們做了非常多的臨接對和 reward reshaping 的工作。

2.3 小結

Dialogue-driven dialogue 這種形式的對話系統,總結來看:

優點:

定義非常好,邏輯清晰,每一個模塊的輸入輸出也非常清晰,同時有特別堅實的數學模型可以對它進行建模。

缺點:

由於非常依賴數據,同時,不論是在 NLU 還是 NLG 時,我們都是採用有監督的模型來做的,所以它依賴於大量的、精細的標註數據。

而 DM 往往採用 DRL 來做。NIPS2018 時的一個 talk,直接指出:任何一個 RL 都存在的問題,就是糟糕的重現性、復用性、魯棒性。

  1. FAQ-driven dialogue

FAQ 是工業界非常常見的一種情景:有大量的標準問,以及這個標準問的答案是什麼。基於這個標準問,一個用戶的問題來了,如何找到和它相似的問題,進而把答案返回給用戶,於是這個 Service 就結束了。

實際中,我們如何建 FAQ?更多的時候,我會把這個問題和我們庫的標準問題做一個相似度的計算或者做一個分類。

我們在做這個工作的時候發現一個特別大的問題,就是 Unbalanced Data 問題。比如,我們有5000個問題,每個問題都有標準答案,有些問題可能對應的用戶問題特別多,比如 “屏幕碎了” 可能會有1000多種不同的問法,還有些問題,可能在幾年的時間里都沒有人問到過。所以,面對數據不均衡的問題,我們從2016年開始做了 Data transfer 的工作。

大致的思路是:我有一個標準問題,但是很糟糕,這個標準問題沒有用戶問題,也就是沒有訓練語料。接下來發現另外一個和這個標準問很相似的其它標準問有很多的訓練語料,於是藉助這個標準問,來生成虛擬樣本,進而削弱了 Unbalance。

具體的方法:我們把目標領域的標準問看成 Query,把和它相似的標準問題及其對應的用戶問題看成 Context,採用了 MRC 機器閱讀理解的架構來生成一個答案,作為目標問題的虛擬的用戶問題,取得了非常好的效果,並且嘗試了三種不同的生成用戶問題的方法。

實際項目中,FAQ 中的 Q 可能有非常多的問題,例如3000多個類,需要做極限分類,這就導致性能低下,且非常耗時,不能快速響應用戶的問題。於是我們做了一個匹配和分類進行交互的 model,取得了不錯的效果。

目前,大部分人都認為 FAQ 驅動的 dialogue 不叫 dialogue,因為我們通常說的 dialogue 輪次是大於兩輪的。而 FAQ 就是一個 QA 系統,沒有交互性。有時候帶來的用戶體驗非常不友好,比如當答案非常長的時候,系統要把長長的答案返回,就會一直講,導致用戶比較差的體驗。於是,我們基於 FAQ 發展出了一個多輪對話的數據,如右圖,這是我們正在開展的一個工作。

  1. KB-driven dialogue

KB 最早人們認為它就是一個結構化的數據庫,通常存儲在關係型數據庫中。比如要訂一個酒店,這個酒店有各種屬性,如位置、名稱、戶型、價格、面積等等。早期 CMU 的對話系統,所有的模塊都要和 Hub 進行交互,最後 Hub 和後端的數據庫進行交互。數據庫的價值非常大,但是早期人們在建模人機對話的時候,都忽視了數據庫。這裏就會存在一個問題:機器和用戶交互了很久,而在檢索數據庫時發現沒有答案,或者答案非常多,造成用戶體驗非常糟糕。

從2012年開始,我們開始把 KB 引入我們的對話系統。圖中的對話系統叫做 “teach-and-learn” bot,這是一個多模態的對話,但是每個涉及到的 object,我們都會把它放到 DB 中。和用戶交互過程中,不光看用戶的對話狀態,還要看數據庫狀態。這個想法把工作往前推進了一些。

直到2016年,MSR 提出的 KB-InfoBot,第一次提出了進行數據庫操作時,要考慮它的可導性,否則,就沒辦法在 RL 網絡中像其它的 Agent action 一樣進行求導。具體的思路:把數據庫的查詢和 Belief State 一起總結起來做同一個 belief,進而在這樣的 belief 基礎上做各種對話策略的優化。

在上述方法的基礎上,我們做了有效的改良,包括 entropy regularities 工作。是每次和用戶進行交互時,數據庫的 entropy 會發生變化。比如當機器問 “你想訂哪裡的酒店?”,用戶答 “阿里中心附近的。”,於是數據庫立刻進行了一次 entropy 計算進行更新,接着繼續問 “你想訂哪一天的?”,用戶答 “訂7月28號的”,於是又進行了一次 entropy 計算進行更新。這樣在和用戶進行交互的時候,不光看用戶的 dialogue 輸入,還看 DB 的 entropy 輸入,以這兩項共同驅動 Agent action 進行優化。

這裏我們做了特別多的工作,信息槽從1個到5個,數據庫的規模從大到小,都做了特別多的嘗試,這樣在和用戶交互的時候,agent 可以自主的查詢檢索,甚至可以填充和修改數據庫。

這是我們2017發布的一個工作,KB driven-dialogue,其優點:

控制萬能高頻回復 ( 提高答應包含的有用信息 )

賦予 agent 對話主動性

  1. KG-driven dialogue

剛剛講的基於 KB 的 dialogue 任務,基本都認為對話任務就是在進行槽填充的任務,如果一個 agent 是主動性的,通過不停的和用戶進行交互來採集槽信息,所以叫槽填充,當槽填完了,就相當於對話任務成功了。但是,當我們在定義槽的時候,我們認為槽是互相獨立的,並且是扁平的。然而,實際中許多任務的槽之間存在相關性,有的是上下位關係,有的是約束關係,有的是遞進關係等等。這樣自然的就引出了知識圖譜,知識圖譜可以較好地描述上述的相關性。於是,產生了兩個新問題:

知識圖譜驅動的對話理解:實體鏈接

知識圖譜驅動的對話管理:圖路徑規劃

這裏主要講下第二個問題。

舉個例子,我們在辦理電信業務,開通一個家庭寬帶,需要提供相關的證件,是自己去辦,還是委託人去辦,是房東還是租戶等等,需要提供各種不同的材料。於是這個情景就產生了條件的約束,某一個 node 和其它 node 是上下位的關係,比如證件可以是身份證,也可以是護照或者戶口簿等等。所以我們可以通過知識圖譜來進行處理。

當一個用戶的對話過來,首先會鏈接到不同的 node,再基於 node 和對話歷史構造一個對話的 state,我們會維持一個全局的 state 和一個活躍的 state,同時活躍的 state 會定義三種不同的操作動作,一個是祖先節點,一個是兄弟節點,還有一個是孩子節點。所以,在這樣的知識圖譜上如何尋優,比如當通過某種計算得到,它應該在某個節點上進行交互的時候,我們就應該輸出一個 action,這個 action 要和用戶確認他是一個租戶,還是自有住房等等。所以,這個 action 是有區別於此前所提到的在特定的、扁平的 slot 槽上和用戶進行信息的確認、修改等還是有很大不同的。解決這樣的問題,一個非常巨大的挑戰就是狀態空間非常大。比如圖中的節點大概有120個,每個節點有3個不同的狀態,知識從節點的狀態來看就有3的120次冪種可能。這也是我們正在開展的待解決的一個問題。

在端到端的對話模型 ( 閑聊 ) 中,也開始逐步地引入知識圖譜。下面介紹兩個比較具有代表性的引入知識圖譜后的人機對話。其中右邊是2018年 IJCAI 的傑出論文,清華大學黃民烈老師團隊的工作,引入了通過 KG 來表示的 Commonsense,同時到底在編碼器端還是在解碼器端引入知識,以及如何排序,排序的時候如何結合對話的 history 做知識的推理等等,都做了特別全面的研究。

另一個比較有代表性的工作是在 ICLR2019 提出的,在架構中引入了 Local Memory 和 Global Memory 相融合的技術,通過這種融合,在編碼器端和解碼器端同時加入了知識的推理。

總結下 KB/KG-driven dialogue:

優點:

已經有大規模公開的數據 ( e.g.,InCar Assistant,MMD,M2M )。

訓練過程可控&穩定,因為這裏多數都是有監督學習。

缺點:

因為採用有監督的方式進行訓練,所以存在如下問題:

① 環境確定性假設
② 缺少對動作的建模
③ 缺少全局的動作規劃
Agent 被動,完全依賴於訓練數據,所以模型是不賦予 Agent 主動性的。

構建 KB 和 KG 成本昂貴!

  1. Document-driven dialogue

Document 驅動的對話,具有如下優點:

① 應用場景真實豐富:

情景對話 ( conversation ),比如針對某個熱門事件在微博會產生很多對話,這就是一個情景式的對話。

電信業務辦理 ( service ),比如10086有非常多的套餐,如何從中選擇一個用戶心儀的套餐?每個套餐都有說明書,我們可以圍繞套餐的說明書和用戶進行交互,如 “您希望流量多、還是語音多”,如果用戶回答 “流量多”,就可以基於文本知道給用戶推薦流量多的套餐,如果有三個候選,機器就可以基於這三個候選和用戶繼續進行交互,縮小候選套餐範圍,直到用戶選出心儀的套餐。

電商產品推薦 ( recommendation ),可以根據商品的描述,進行各種各樣的對話。這裏的輸入不是一個 dialogue,也不是一個 KB,甚至結構化的內容非常少,完全是一個 free document,如何基於這些 document 進行推薦,是一個很好的應用場景。

交互式信息查詢 ( retrieval ),很多時候,一次查詢的結果可能不能用戶的需求,如何基於非結構化的查詢結果和用戶進行交互,來更好地達成用戶的查詢目的。

……

② 數據獲取直接便捷:

相比於 dialogue、FAQ、KB、KQ 等,Document 充斥着互聯網的各種各樣的文本,都可以看成是文本的數據,獲取方便,成本非常低。

③ 領域移植性強:

基於文本,不再基於專家定義的 slot,也不再基於受限的 KB/KG,從技術上講,所構造的 model 本身是和領域無關的,所以它賦予了 model 很強的領域移植性。

這是我們正在進行的工作,情景對話偏向於閑聊,沒有一個用戶目標。這裏需要解決的問題有兩個:

如何引入文檔:編碼端引入文檔、解碼端引入文檔

如何編碼文檔:文檔過長、冗餘信息過多

數據:

我們在 DoG 數據的基礎上模擬了一些數據,形成了如上圖所示的數據集,分 Blind 和 Non-blind 兩種情形構造了不同的數據集。

我們發現,基於文本的端到端的聊天,有些是基於內容的閑聊,有些還需要回答特定的問題。所以,評價的時候,可以直接用 F1 評價回答特定問題,用閑聊通用的評價來評價基於內容的聊天。

剛剛講的是偏閑聊式的對話,接下來講下任務型對話。

這裏的動機分為兩種情況:單文檔和多文檔,我們目前在挑戰多文檔的情況,單文檔則採用簡單的多輪閱讀理解來做。

多文檔要解決的問題:

如何定義對話動作:因為是基於Document進行交互,而不再是基於slot進行交互,所以需要重新定義對話動作。

如何建模文檔差異:以剛剛10086的例子為例,總共有10個業務,通過一輪對話,挑選出3個,這3個業務每個業務可能都有10種屬性,那麼其中一些屬性值相同的屬性,沒必要再和用戶進行交互,只需要交互它們之間不同的點,所以交互的角度需要隨對話進行動態地變化。

數據:

這裏採用的數據是 WikiMovies 和模擬數據,具體見上圖。

  1. A very simple sketch of dialogue

上圖為任務型對話和非任務型對話的幾個重要節點,大家可以了解下。

03

Concluding remarks

任務型對話具有最豐富的落地場景。

純閑聊型對話系統的學術價值尚不清楚。

任務型和非任務型邊界愈加模糊,一個典型的人人對話既包括閑聊,又包括信息獲取、推薦、服務。

引入外部知識十分必要,外部知識形態各異,建模方法也因而千差萬別。

Uncertainty 和 few-shot 問題,是幾乎所有的對話系統最大的 “卡脖子” 問題。

X-driven dialogue 中的 X 還有哪些可能?剛剛提到的 X 都還是基於文本的。事實上,從2005年開始,我們已經開始做 image 和文本數據融合的對話;從2013年開始做 Visual QA/Dialogue,挑戰了 GuessWhat 和 GuessWhich 任務。

X=multi media ( MM Dialogue ),X 還可以很寬泛的就是指多媒體,不光有 image 還可能有 text,2018年已經有了相關的任務,並且開源了非常多的電商業務。這是一個非常有挑戰性的工作,也使人機對話本身更加擬人化。

04

Reference

這是部分的參考文獻,有些是我們自己的工作,有些是特別傑出的別人的工作。

今天的分享就到這裏,感謝大家的聆聽,也感謝我們的團隊。

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GM 首款自動駕駛電動車將透過租車平台展開服務

2016 年年初GM 宣佈向線上租車服務平臺Lyft 投資5 億美元,雙方將在自動駕駛汽車的應用上展開合作,近日GM 高管Pam Fletcher 透露,GM 的首款自動駕駛電動車將透過Lyft 的租車服務平臺推出,能夠為用戶提供更好的乘坐體驗。

目前各大傳統汽車廠商紛紛進入無人駕駛領域,GM 也不例外,據GM 自動駕駛技術部門首席工程師Pam Fletcher 透露,雖然GM 還沒有正式宣佈自動駕駛車的發表日期,但這一切會比外界預期的更早到來,GM 正在和線上租車服務Lyft 展開合作,開發一個租車分享平臺,這不是一個停留在概念階段的專案,GM 的團隊已經準備好把這一服務推廣到市場。

GM 的首款自動駕駛汽車將是電動車,目前電動車是GM 重點推進的產品,2016 年年底該公司將推出可遠程行駛的電動車BoltEV,這是一款為城市通勤設計的電動車,同時也考慮了租車服務的需求,Pam Fletcher 認為將自動駕駛技術應用在電動車上非常有意義,能夠給用戶帶來更好的乘坐體驗,電動車行駛時平穩、安靜,乘客可以在車中休息或者處理工作事務。

2016 年3 月GM 收購自動駕駛技術研發公司Cruise Automation,以提升該公司在這一領域的技術實力,2016 年5 月Cruise 帶來的自動駕駛技術已經在Bolt 電動車上進行測試。目前GM、Lyft 共同研發的租車分享系統與Bolt 電動車的自動駕駛技術測試分屬不同的專案,但未來有可能會結合。

據悉GM 和Lyft 有可能在2016 年年底將自動駕駛電動車帶來公路上測試,Bolt 電動車有可能成為主要的測試車款。Bolt 電動車的許多設計看起來都像是為自動駕駛而設計的,未來自動駕駛與線上租車服務結合也並不讓人感到意外。

(本文授權自《》──〈〉)

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特斯拉Gigafactory趕工,可望提前量產

美國電動車商特斯拉(Tesla Motors Inc.)的平價車款「Model 3」預定2018年問世,為了趕上需求,特斯拉造價50億美元的「Gigafactory」超級電池廠正在加緊趕工,將比原定時程提前數年、明(2017)年初就可以開始量產車用鋰電池。

華爾街日報、Electrek 24日報導,坐落於內華達州雷諾市的Gigafactory目前占地超過3,000英畝,特斯拉已加倍聘請建築工人,共計1,000名人員一週兩班每天輪流趕工,預計明年初就可大功告成。特斯拉技術長兼共同創辦人JB Straubel表示,在汽車量產前,電池和電池組的組裝廠房一定要事先完工,因此無論是建廠計畫或是電池的擴產時間表都會加快進度。

特斯拉電池供應夥伴Panasonic Corp.已承諾要為該廠提供16億美元的資金,目前則因為找不到合適的人才而傷透腦筋。特斯拉執行長Elon Musk預估,Gigafactory完工之後,2020年將可年產105GW的電池,足以供應120萬台Model S豪華電動轎車所需,但其中有1/3將用於定置型電池儲存裝置(stationary battery storage product)。

假如這座廠房能如期完工、擴產,則其產能將是全球現有電池廠的10倍之多,這也使得北美的鋰礦開採活動大增。

OilPrice.com 21日報導,電池過去幾年來的需求倍數成長,鋰已成為今(2016)年來最夯的金屬、擊敗黃金,雖然最近幾個月的價格漲勢稍緩,但強勁的基本面顯示其長期前景依舊看俏。另外,在戴姆勒(Daimler)、日產汽車等業者的推波助瀾下,預估到了2016年插電式電動車銷售量(plug-in electric vehicle,簡稱PEV)有望年增62%,2017年、2018年更有望成長60%、100%。這相當於2018年會賣出60萬輛PEV。

(本文內容由授權提供)

 

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mysql 索引筆記

MyISAM引擎的B+Tree的索引

通過上圖可以直接的看出, 在MyISAM對B+樹的運用中明顯的特點如下:

  • 所有的非恭弘=叶 恭弘子節點中存儲的全部是索引信息
  • 在恭弘=叶 恭弘子節點中存儲的 value值其實是 數據庫中某行數據的index

MyISAM引擎 索引文件的查看:

在 /var/lib/mysql目錄中

.myd 即 my data , 數據庫中表的數據文件

.myi 即 my index , 數據庫中 索引文件

.log 即 mysql的日誌文件

InnoDB引擎 索引文件的查看:

同樣在 /var/lib/mysql 目錄下面

InnoDB引擎的B+Tree的索引

InnoDB的實現方式業內也稱其為聚簇索引, 什麼是聚簇索引呢? 就是相鄰的行的簡直被存儲到一起, 對比上面的兩幅圖片就會發現, 在InnDB中, B+樹的恭弘=叶 恭弘子節點中存儲的是數據行中的一行行記錄, 缺點: 因為索引文件被存放在硬盤上, 所以很占硬盤的空間

一般我們會在每一個表中添加一列 取名 id, 設置它為primary key , 即將他設置成主鍵, 如果使用的存儲引擎也是InnoDB的話, 底層就會建立起主鍵索引, 也是聚簇索引, 並且會自動按照id的大小為我們排好序,(因為它的一個有序的樹)

局部性原理

局部性原理是指CPU訪問存儲器時,無論是存取指令還是存取數據,所訪問的存儲單元都趨於聚集在一個較小的連續區域中。 更進一步說, 當我們通過程序向操作系統發送指令讓它讀取我們指定的數據時, 操作系統會一次性讀取一頁(centos 每頁4kb大小,InnoDB存儲引擎中每一頁16kb)的數據, 它遵循局部性理論, 猜測當用戶需要使用某個數據時, 用戶很可能會使用這個數據周圍的數據,故而進行一次

InnoDB的頁格式

什麼是頁呢? 簡單說,就是一條條數據被的存儲在磁盤上, 使用數據時需要先將數據從磁盤上讀取到內存中, InnoDB每次讀出數據時同樣會遵循 局部性原理, 而不是一條條讀取, 於是InnoDB將數據劃分成一個一個的頁, 以頁作為和磁盤之間交互的基本單位

通過如下sql, 可以看到,InnoDB中每一頁的大小是16kb

show global status like 'Innodb_page_size';

名稱 簡述
File Header 文件頭部, 存儲頁的一些通用信息
Page Header 頁面頭部, 存儲數據頁專有的信息
Infinum + supremum 最大記錄和最小記錄, 這是兩個虛擬的行記錄
User Records 用戶記錄, 用來實際存儲行記錄中的內容
Free Space 空閑空間, 頁中尚位使用的空間
Page Directory 頁面目錄, 存儲頁中某些記錄的位置
File Tailer 文件尾部 , 用來校驗頁是否完整

InnoDB的行格式 compact

每一頁中存儲的行數據越多. 整體的性能就會越強

compact的行格式如下圖所示

可以看到在行格式中在存儲真正的數據的前面會存儲一些其他信息, 這些信息是為了描述這條記錄而不得不添加的一些信息, 這些額外的信息就是上圖中的前三行

  • 變長字段的長度列表

在mysql中char是固定長度的類型, 同時mysql還支持諸如像 varchar這樣可變長度的類型, 不止varchar , 想 varbinary text blob這樣的變長數據類型, 因為 變長的數據類型的列存儲的數據的長度是不固定的, 所以說我們在存儲真正的數據時, 也得將這些數據到底佔用了多大的長度也給保存起來

  • NULL標誌位

compact行格式會將值可以為NULL的列統一標記在 NULL標誌位中, 如果數據表中所有的字段都被標記上not null , 那麼就沒有NULL值列表

  • 記錄頭信息

記錄頭信息, 顧名思義就是用來描述記錄頭中的信息, 記錄頭信息由固定的5個字節組成, 一共40位, 不同位代表的意思也不同, 如下錶

名稱 單位 bit 簡介
預留位1 1 未使用
預留位2 1 未使用
delete_mark 1 標記改行記錄是否被刪除了
min_rec_mark 1 標記在 B+樹中每層的非恭弘=叶 恭弘子節點中最小的node
n_owned 4 表示當前記錄擁有的記錄數
heap_no 13 表示當前記錄在堆中的位置
record_type 3 表示當前記錄的類型 , 0表示普通記錄, 1表示B+樹中非恭弘=叶 恭弘子節點記錄, 2表示最小記錄 ,3表示最大記錄
next_record 16 表示下一條記錄的相對位置

行溢出

在mysql中每一行, 能存儲的最大的字節數是65535個字節數, 此時我們使用下面的sql執行時就會出現行溢出現象

CREATE TABLE test ( c VARCHAR(65535) ) CHARSET=ascii ROW_FORMAT=Compact;

給varchar申請最大65535 , 再加上compact行格式中還有前面三個非數據列佔用內存,所以一準溢出, 如果不想溢出, 可以適當的將 65535 – 3

頁溢出

前面說了, InnoDB中數據的讀取按照頁為單位, 每一頁的大小是 16kb, 換算成字節就是16384個字節, 但是每行最多存儲 65535個字節啊, 也就是說一行數據可能需要好幾個頁來存儲

怎麼辦呢?

  • compact行格式會在存儲真實數據的列中多存儲一部分數據, 這部分數據中存儲的就是下一頁的地址
  • dynamic行格式 中直接存儲數據所在的地址, 換句話說就是數據都被存儲在了其他頁上
  • compressed行格式會使用壓縮算法對行格式進行壓縮處理

一般我們都是將表中的id列設置為主鍵, 這就會形成主鍵索引, 於是我們需要注意了:

主鍵的佔用的空間越小,整體的檢索效率就會越高

為什麼這麼說呢? 這就可以結合頁的概念來解析, 在B+樹這種數據結果中, 恭弘=叶 恭弘子節點中用來存儲數據, 存儲數據的格式類似Key-value key就是索引值, value就是數據內容, 如果索引佔用的空間太大的話, 單頁16kb能存儲的索引就越小, 這就導致數據被分散在更多的頁上, 致使查詢的效率降低

建立索引的技巧

為某一列建立索引

給text表中的title列創建索引, 索引名字 my_index
alter table text add index my_index (title);

雖然建立索引能提升查詢的效率, 根據前人的經驗看, 這並不是一定的, 建立索引本身會直接消耗內存空間, 同時索, 插入,刪除, 這種寫操作就會打破B+樹的平衡面臨索引的重建, 一般出現如下兩種情況時,是不推薦建立索引的

  1. 表中的數據本身就很少
  2. 我們計算一下索引的選擇性很低

兼顧 – 索引的選擇性與前綴索引

所謂選擇性,其實就是說不重複出現的索引值(基數,Cardinality) 與 表中的記錄數的比值

即: 選擇性= 基數 / 記錄數

選擇性的取值範圍在(0,1]之間, 選擇性越接近1 , 說明建立索引的必要性就越強, 比如對sex列進行建立索引,這裏面非男即女, 如果對它建立索引的話, 其實是沒意義的, 還不如直接進行全表掃描來的快

如何使用sql計算選擇性呢? 嚴格遵循上面的公式

SELECT count(DISTINCT(title))/count(*) AS Selectivity FROM employees.titles;
count(基數/記錄數)
DISTINCT(title) / /count(*)

更詳細的例子看下面的連接

索引失效問題

注意事項

  • 索引無法存儲null值

  • 如果條件中有or, 即使條件中存在索引也不會使用索引,如果既想使用or,又想使用索引, 就給所有or條件控制的列加上索引

  • 使用like查詢時, 如果以%開頭,肯定是進行全表掃描

  • 使用like查詢時, 如果%在條件後面

    • 對於主鍵索引, 索引失效
    • 對於普通索引, 索引不失效
  • 如果列的類型是字符串類型, 那麼一定要在條件中將數據用引號引起來,不然也會是索引失效

  • 如果mysql認為全表掃描比用索引塊, 同樣不會使用索引

聯合索引

什麼是聯合索引

聯合索引, 也叫複合索引,說白了就是多個字段一起組合成一個索引

像下面這樣使用 id + title 組合在一起構成一個聯合索引

CREATE TABLE `text` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `title` varchar(255) NOT NULL,
  `content` text NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`,`title`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=3691 DEFAULT CHARSET=utf8
  • 如果我們像上圖那樣創建了索引,我們只要保證我們的 id+title 兩者結合起來全局唯一就ok
  • 建立聯合索引同樣是需要進行排序的,排序的規則就是按照聯合索引所有列組成的字符串的之間的先後順序進行排序, 如a比b優先

左前原則

使用聯合索引進行查詢時一定要遵循左前綴原則, 什麼是左前綴原則呢? 就是說想讓索引生效的話,一定要添加上第一個索引, 只使用第二個索引進行查詢的話會導致索引失效

比如上面創建的聯合索引, 假如我們的查詢條件是 where id = ‘1’ 或者 where id = ‘1’ and title = ‘唐詩宋詞’ 索引都會不失效

但是如果我們不使用第一個索引id, 像這樣 where title = ‘唐詩’ , 結果就是導致索引失效

聯合索引的分組&排序

還是使用這個例子:

CREATE TABLE `text` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `title` varchar(255) NOT NULL,
  `content` text NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`,`title`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=3691 DEFAULT CHARSET=utf8

demo1: 當我們像下面這樣寫sql時, 就會先按照id進行排序, 當id相同時,再按照title進行排序

select * form text order by id, title;

demo2: 當我們像下面這樣寫sql時, 就會先將id相同的劃分為一組, 再將title相同的劃分為一組

select id,title form text group by id, title;

demo3: ASC和DESC混用, 其實大家都知道底層使用B+樹, 本身就是有序的, 要是不加限制的話,默認就是ASC, 反而是混着使用就使得索引失效

select * form text order by id ASC, title DESC;

如何定位慢查詢

相關參數

名稱 簡介
slow_query_log 慢查詢的開啟狀態
slow_query_log_file 慢查詢日誌存儲的位置
long_query_time 查詢超過多少秒才記錄下來

常用sql

# 查看mysql是否開啟了慢查詢
show variables like 'slow_query_log';   
# 將全局變量設置為ON
set global slow_query_log ='on';
# 查看慢查詢日誌存儲的位置
show variables like 'slow_query_log_file';
# 查看規定的超過多少秒才被算作慢查詢記錄下來
show variables like 'long_query_time';
show variables like 'long_query%';
# 超過一秒就記錄 , 每次修改這個配置都重新建立一次鏈接
set global long_query_time=1; 

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基於.NetStandard的簡易EventBus實現-基礎實現

一、問題背景

  最近離職來到了一家新的公司,原先是在乙方工作,這回到了甲方,在這一個月中,發現目前的業務很大一部分是靠輪詢實現的,例如:通過輪詢判斷數據處於B狀態了,則輪詢到數據后執行某種動作,這個其實是非常浪費的,並且對於數據的實時性也會不怎麼友好,基於以上的情況,在某天開車堵車時候,想到了之前偶然了解過的事件總線(EventBus),對比了公司當前的場景后,覺得事件總線應該是可以滿足需求的(PS:只是我覺得這個有問題,很多人不覺得有問題),那既然想到了,那就想自己是否可以做個事件總線的輪子

二、什麼是事件總線

  我們知道事件是由一個Publisher跟一個或多個的Subsriber組成,但是在實際的使用過程中,我們會發現,Subsriber必須知道Publisher是誰才可以註冊事件,進而達到目的,那這其實就是一種耦合,為了解決這個問題,就出現了事件總線的模式,事件總線允許不同的模塊之間進行彼此通信而又不需要相互依賴,如下圖所示,通過EventBus,讓Publisher以及Subsriber都只需要對事件源(EventData)進行關注,不用管Publisher是誰,那麼EventBus主要是做了一些什麼事呢?

三、EventBus做了什麼事?

  1、EventBus實現了對於事件的註冊以及取消註冊的管理

  2、EventBus內部維護了一份事件源與事件處理程序的對應關係,並且通過這個對應關係在事件發布的時候可以找到對應的處理程序去執行

  3、EventBus應該要支持默認就註冊事件源與處理程序的關係,而不需要開發人員手動去註冊(這裏可以讓開發人員去控制自動還是手動)

四、具體實現思路

   首先在事件總線中,存在註冊、取消註冊以及觸發事件這三種行為,所以我們可以將這三種行為抽象一個接口出來,最終的接口代碼如下:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace MEventBus.Core
{
    public interface IEventBus
    {
        #region 接口註冊
        void Register<TEventData>(Type handlerType) where TEventData : IEventData;
        void Register(Type eventType, Type handlerType);
        void Register(string eventType, Type handlerType);
        #endregion

        #region 接口取消註冊
        void Unregister<TEventData>(Type handler) where TEventData : IEventData;
        void Unregister(Type eventType, Type handlerType);
        void Unregister(string eventType, Type handlerType);
        #endregion


        void Trigger(string pubKey, IEventData eventData);
        Task TriggerAsync(string pubKey, IEventData eventData);
        Task TriggerAsync<TEventData>(TEventData eventData) where TEventData : IEventData;
        void Trigger<TEventData>(TEventData eventData) where TEventData : IEventData;
    }
}

  在以上代碼中發現有些方法是有IEventData約束的,這邊IEventData就是約束入參行為,原則上規定,每次觸發的EventData都需要繼承IEventData,而註冊的行為也是直接跟入參類型相關,具體代碼如下:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace MEventBus.Core
{
    public interface IEventData
    {
        string Id { get; set; }
        DateTime EventTime { get; set; }
        object EventSource { get; set; }
    }
}

  接下來我們看下具體的實現代碼

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Reflection;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace MEventBus.Core
{
    public class EventBus : IEventBus
    {
        private static ConcurrentDictionary<string, List<Type>> dicEvent = new ConcurrentDictionary<string, List<Type>>();
        private IResolve _iresolve { get; set; }
        public EventBus(IResolve resolve)
        {
            _iresolve = resolve;
            InitRegister();
        }

        public void InitRegister()
        {
            if (dicEvent.Count > 0)
            {
                return;
            }
            //_iresolve = ioc_container;
            dicEvent = new ConcurrentDictionary<string, List<Type>>();
            //自動掃描類型並且註冊
            foreach (var file in Directory.GetFiles(AppDomain.CurrentDomain.BaseDirectory, "*.dll"))
            {
                var ass = Assembly.LoadFrom(file);
                foreach (var item in ass.GetTypes().Where(p => p.GetInterfaces().Contains(typeof(IEventHandler))))
                {
                    if (item.IsClass)
                    {
                        foreach (var item1 in item.GetInterfaces())
                        {
                            foreach (var item2 in item1.GetGenericArguments())
                            {
                                if (item2.GetInterfaces().Contains(typeof(IEventData)))
                                {
                                    Register(item2, item);
                                }
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
        //註冊以及取消註冊的時候需要加鎖處理
        private static readonly object obj = new object();

        #region 註冊事件
        public void Register<TEventData>(Type handlerType) where TEventData : IEventData
        {
            //將數據存儲到mapDic
            var dataType = typeof(TEventData).FullName;
            Register(dataType, handlerType);
        }
        public void Register(Type eventType, Type handlerType)
        {
            var dataType = eventType.FullName;
            Register(dataType, handlerType);
        }
        public void Register(string pubKey, Type handlerType)
        {
            lock (obj)
            {
                //將數據存儲到dicEvent
                if (dicEvent.Keys.Contains(pubKey) == false)
                {
                    dicEvent[pubKey] = new List<Type>();
                }
                if (dicEvent[pubKey].Exists(p => p.GetType() == handlerType) == false)
                {
                    //IEventHandler obj = Activator.CreateInstance(handlerType) as IEventHandler;
                    dicEvent[pubKey].Add(handlerType);
                }
            }
        }



        #endregion

        #region 取消事件註冊
        public void Unregister<TEventData>(Type handler) where TEventData : IEventData
        {
            var dataType = typeof(TEventData);
            Unregister(dataType, handler);
        }

        public void Unregister(Type eventType, Type handlerType)
        {
            string _key = eventType.FullName;
            Unregister(_key, handlerType);
        }
        public void Unregister(string eventType, Type handlerType)
        {
            lock (obj)
            {
                if (dicEvent.Keys.Contains(eventType))
                {
                    if (dicEvent[eventType].Exists(p => p.GetType() == handlerType))
                    {
                        dicEvent[eventType].Remove(dicEvent[eventType].Find(p => p.GetType() == handlerType));
                    }
                }
            }
        }
        #endregion

        #region Trigger觸發
        //trigger時候需要記錄到數據庫
        public void Trigger<TEventData>(TEventData eventData) where TEventData : IEventData
        {
            var dataType = eventData.GetType().FullName;
            //獲取當前的EventData綁定的所有Handler
            Notify(dataType, eventData);
        }

        public void Trigger(string pubKey, IEventData eventData)
        {
            //獲取當前的EventData綁定的所有Handler
            Notify(pubKey, eventData);
        }
        public async Task TriggerAsync<TEventData>(TEventData eventData) where TEventData : IEventData
        {
            await Task.Factory.StartNew(new Action(()=> 
            {
                var dataType = eventData.GetType().FullName;
                Notify(dataType, eventData);
            }));
        }
        public async Task TriggerAsync(string pubKey, IEventData eventData)
        {
            await Task.Factory.StartNew(new Action(() =>
            {
                var dataType = eventData.GetType().FullName;
                Notify(pubKey, eventData);
            }));
        }
        //通知每成功執行一個就需要記錄到數據庫
        private void Notify<TEventData>(string eventType, TEventData eventData) where TEventData : IEventData
        {
            //獲取當前的EventData綁定的所有Handler
            var handlerTypes = dicEvent[eventType];
            foreach (var handlerType in handlerTypes)
            {
                var resolveObj = _iresolve.Resolve(handlerType);
                IEventHandler<TEventData> handler = resolveObj as IEventHandler<TEventData>;
                handler.Handle(eventData);

            }
        }
        #endregion
    }
}

  代碼說明:

  1、如上的EventBus是繼承了IEventBus后的具體實現,小夥伴可能看到在構造函數里,有一個接口參數IResolve,這個主要是為了將解析的過程進行解耦,由於在一些WebApi的項目中,更加多的是使用IOC的機制進行對象的創建,那基於IResolve就可以實現不同的對象創建方式(內置的是通過反射實現)

  2、InitRegister方法通過遍歷當前目錄下的dll文件,去尋找所有實現了IEventHandler<IEventData>接口的信息,並且自動註冊到EventBus中,所以在實際使用過程中,應該是沒有機會去適用register註冊的

  3、觸發機制實現了同步以及異步的調用,這個從方法命名中就可以看出來

五、程序Demo

  TestHandler2(繼承IEventHandler)

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;
using MEventBus.Core;

namespace MEventBusHandler.Test
{
    public class TestHandler2 : IEventHandler<TestEventData>
    {
        public void Handle(TestEventData eventData)
        {
            Thread.Sleep(2000);
            MessageBox.Show(eventData.EventTime.ToString());
        }
    }
}

  TestEventData(繼承EventData,EventData是繼承了IEventData的代碼)

using MEventBus.Core;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace MEventBusHandler.Test
{
    public class TestEventData : EventData
    { }
}

  調用代碼

using MEventBus.Core;
using MEventBusHandler.Test;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;

namespace MEventBus.Test
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            TestHandler.OnOut += TestHandler_OnOut;
        }

        private void TestHandler_OnOut(object sender, EventArgs e)
        {
            MessageBox.Show("Hello World");
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            var task = new MEventBus.Core.EventBus(new ReflectResolve()).TriggerAsync(new TestEventData());
            task.ContinueWith((obj) => {
                MessageBox.Show("事情全部做完");
            });
        }

        private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
        {
           new EventBus(new ReflectResolve()).Trigger(new TestEventData());
        }
    }


}

  執行結果

 

 

 

 

 我在真正的Demo中,其實是註冊了2個handler,可以在後續公布的項目地址里看到

六、總結

  從有這個想法開始,到最終實現這個事件總線,大概總共花了2,3天的時間(PS:晚上回家獨自默默幹活),目前只能說是有一個初步可以使用的版本,並且還存在着一些問題:

  1、在.NetFrameWork下(目前公司還不想升級到.NetCore,吐血。。),如果使用AutoFac創建EventBus(單例模式下),如果Handler也使用AutoFac進行創建,會出現要麼對象創建失敗,要麼handler里的對象與調用方的對象不是同一個實例,為了解決這個問題,我讓EventBus不再是單例模式,將dicEvent變成了靜態,暫時表面解決

  2、未考慮跨進程的實現(感覺用savorboard大佬的就可以了)

  3、目前這個東西在一個小的新項目里使用,暫時在測試環境還算沒啥問題,各位小夥伴如果有類似需求,可以做個參考

  由於個人原因,在測試上可能會有所不夠,如果有什麼bug的話,還請站內信告知,感謝(ps:文字表達弱雞,技術渣渣,各位多多包涵)

  最後:附上項目地址:

 

 

作者: Mango

出處: 

關於自己:專註.Net桌面開發以及Web後台開發,對.NetCore、微服務、DevOps,K8S等感興趣,最近到了個甲方公司準備休養一段時間

本文版權歸作者和博客園共有,歡迎轉載,但未經作者同意必須保留此段聲明,且在文章頁面明顯位置給出原文鏈接,如有問題, 可站內信告知.

 

 

 

 

 

 

 

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java中hashmap容量的初始化

HashMap使用HashMap(int initialCapacity)對集合進行初始化。

在默認的情況下,HashMap的容量是16。但是如果用戶通過構造函數指定了一個数字作為容量,那麼Hash會選擇大於該数字的第一個2的冪作為容量。比如如果指定了3,則容量是4;如果指定了7,則容量是8;如果指定了9,則容量是16。

為什麼要設置HashMap的初始化容量

在《阿里巴巴Java開發手冊》中,有一條開發建議是建議我們設置HashMap的初始化容量。

下面我們通過具體的代碼來了解下為什麼會這麼建議。

我們先來寫一段代碼在JDK1.7的環境下運行,來分別測試下,在不指定初始化容量和指定初始化容量的情況下性能情況的不同。

public static void main(String[] args) {
    int aHundredMillion = 10000000;

    // 未初始化容量
    Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
    long s1 = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < aHundredMillion; i++) {
        map.put(i, i);
    }
    long s2 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("未初始化容量,耗時: " + (s2 - s1)); // 14322

    // 初始化容量為50000000
    Map<Integer, Integer> map1 = new HashMap<>(aHundredMillion / 2);
    long s3 = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < aHundredMillion; i++) {
        map1.put(i, i);
    }
    long s4 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("初始化容量5000000,耗時: " + (s4 - s3)); // 11819

    // 初始化容量為100000000
    Map<Integer, Integer> map2 = new HashMap<>(aHundredMillion);
    long s5 = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < aHundredMillion; i++) {
        map2.put(i, i);
    }
    long s6 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("初始化容量為10000000,耗時: " + (s6 - s5)); // 7978
}

從以上的代碼不難理解,我們創建了3個HashMap,分別使用默認的容量(16)、使用元素個數的一半(5千萬)作為初始容量和使用元素個數(一億)作為初始容量進行初始化,然後分別向其中put一億個KV。

從上面的打印結果中可以得到一個初步的結論:在已知HashMap中將要存放的KV個數的時候,設置一個合理的初始化容量可以有效地提高性能。下面我們來簡單分析一下原因。

我們知道,HashMap是有擴容機制的。所謂的擴容機制,指的是當達到擴容條件的時候,HashMap就會自動進行擴容。而HashMap的擴容條件就是當HashMap中的元素個數(Size)超過臨界值(Threshold)的情況下就會自動擴容。

threshold = loadFactor * capacity

在元素個數超過臨界值的情況下,隨着元素的不斷增加,HashMap就會發生擴容,而HashMap中的擴容機制決定了每次擴容都需要重建hash表,這一操作需要消耗大量資源,是非常影響性能的。因此,如果我們沒有設置初始的容量大小,HashMap就可能會不斷髮生擴容,也就使得程序的性能降低了。

另外,在上面的代碼中我們會發現,同樣是設置了初始化容量,設置的數值不同也會影響性能,那麼當我們已知HashMap中即將存放的KV個數的時候,容量的設置就成了一個問題。

HashMap中容量的初始化

開頭提到,在默認的情況下,當我們設置HashMap的初始化容量時,實際上HashMap會採用第一個大於該數值的2的冪作為初始化容量。

Map<String, String> map = new HashMap<>(1);
map.put("huangq", "yanggb");

Class<?> mapType = map.getClass();
Method capacity = mapType.getDeclaredMethod("capacity");
capacity.setAccessible(true);
System.out.println("capacity : " + capacity.invoke(map)); // 2

當初始化的容量設置成1的時候,通過反射取出來的capacity卻是2。在JDK1.8中,如果我們傳入的初始化容量為1,實際上設置的結果也是1。上面的代碼打印的結果為2的原因,是代碼中給map塞入值的操作導致了擴容,容量從1擴容到了2。事實上,在JDK1.7和JDK1.8中,HashMap初始化容量(capacity)的時機不同。在JDK1.8中,調用HashMap的構造函數定義HashMap的時候,就會進行容量的設定。而在JDK1.7中,要等到第一次put操作時才進行這一操作。

因此,當我們通過HashMap(int initialCapacity)設置初始容量的時候,HashMap並不一定會直接採用我們傳入的數值,而是經過計算,得到一個新值,目的是提高hash的效率。比如1->1、3->4、7->8和9->16。

HashMap中初始容量的合理值

通過上面的分析我們可以知道,當我們使用HashMap(int initialCapacity)來初始化容量的時候,JDK會默認幫我們計算一個相對合理的值當做初始容量。那麼,是不是我們只需要把已知的HashMap中即將存放的元素個數直接傳給initialCapacity就可以了呢?

initialCapacity = (需要存儲的元素個數 / 負載因子) + 1

這裏的負載因子就是loaderFactor,默認值為0.75。

initialCapacity = expectedSize / 0.75F + 1.0F

上面這個公式是《阿里巴巴Java開發手冊》中的一個建議,在Guava中也是提供了相同的算法,更甚之,這個算法實際上是JDK8中putAll()方法的實現。這是公式的得出是因為,當HashMap內部維護的哈希表的容量達到75%時(默認情況下),就會觸發rehash(重建hash表)操作。而rehash的過程是比較耗費時間的。所以初始化容量要設置成expectedSize/0.75 + 1的話,可以有效地減少衝突,也可以減小誤差。

總結

當我們想要在代碼中創建一個HashMap的時候,如果我們已知這個Map中即將存放的元素個數,給HashMap設置初始容量可以在一定程度上提升效率。

但是,JDK並不會直接拿用戶傳進來的数字當做默認容量,而是會進行一番運算,最終得到一個2的冪。而為了最大程度地避免擴容帶來的性能消耗,通常是建議可以把默認容量的数字設置成expectedSize / 0.75F + 1.0F。

在日常開發中,可以使用Guava提供的一個方法來創建一個HashMap,計算的過程Guava會幫我們完成。

Map<String, String> map = Maps.newHashMapWithExpectedSize(10);

最後要說的一點是,這種算法實際上是一種使用內存換取性能的做法,在真正的應用場景中要考慮到內存的影響。

 

“當你認真喜歡一個人的時候,你的全世界都是她。”

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