Python高级用法：装饰器用于缓存

缓存装饰器

缓存装饰器与参数检查十分相似，不过它重点是关注那些内部状态不会影响输出的函数。每组参数都可以链接到唯一的结果。这种编程风格是函数式编程的特点，当输入值有限时可以使用。

因此，缓存装饰器可以将输出与计算它所需要的参数放在一起，并在后续的调用中直接返回它。这种行为被称为memoizing。

例子

我们下面创建一个使用装饰器缓存技术，实现记录在一定时间内函数是否被调用的例子，来解释装饰器用于缓存的用法。

准备工作

首先我们准备引入相关的包，time用于获取当前时间，hashlib用于转换成哈希值，pickle用于将多个参数打包成一个对象，cache变量代表的是对函数返回值和时间的缓存。

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import time
import hashlib
import pickle

cache = {}

依赖函数

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def is_obsolete(entry, duration):
    return time.time() - entry['time'] > duration


def compute_key(function, args, kw):
    key = pickle.dumps((function.__name__, args, kw))
    return hashlib.sha1(key).hexdigest()

is_obsolete函数是用来比较上次函数访问时间（entry $'time'$ ，entry是一个字典，entry $'time'$ 存储的就是上次访问的时间）与当前时间（time.time()）的间隔是否大于指定间隔（duration）的函数。

compute_key函数将传入的function，args，kw打包并转换成二进制形式，作为函数与参数对应的唯一标识。

构建修饰器

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def memoize(duration=10):
    def _memoize(function):
        def __memoize(*args, **kw):
            key = compute_key(function, args, kw)
            # 是否已经拥有它了？
            if (key in cache and
                    not is_obsolete(cache[key], duration)):
                print('we got a winner')
                return cache[key]['value']
            # 计算
            result = function(*args, **kw)
            # 保存结果
            cache[key] = {
                'value': result,
                'time': time.time()
            }
            return result
        return __memoize
    return _memoize

在__memoize函数中，先使用compute_key函数获取十六进制的哈希值，作为唯一关键词。然后查询是否存在于缓存中（cache）并且时间是否满足条件，如果均满足则直接返回上次的运行结果。否则重新计算结果并将结果存入缓存（cache）后返回。

测试

我们首先创建一个实现加法运算的函数

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@memoize()
def add(a, b):
    # 如果在执行这个计算时计算机过热
    # 请考虑中止程序
    return a + b

如果我们用以下代码测试

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print(add(1, 2))
print(add(1, 2))
print(add(2, 2))

得到的运行结果如下：

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3
we got a winner
3
4

第二次调用add(1, 2)时因为前面已经调用过了，所以就直接给出提示返回结果，而add(2, 2)是一个新的参数的运算，所以进行了再次重复的运算。

下面我们来看一下如果超时会有怎样的结果，由于默认的menoize参数是10，所以我们这里改成1

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@memoize(1) # 1秒后令缓存失效
def add(a, b):
    return a + b
    
print(add(2, 3))
time.sleep(2)
print(add(2, 3))

我们使用time.sleep沉睡两秒

运行结果是

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5
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