0

0

使用装饰器实现函数结果缓存:避免 setdefault 的陷阱

聖光之護

聖光之護

发布时间:2025-09-23 15:16:01

|

924人浏览过

|

来源于php中文网

原创

使用装饰器实现函数结果缓存:避免 setdefault 的陷阱

在 Python 中,我们经常需要对一些计算密集型的函数进行优化,避免重复计算相同参数的结果。一种常见的做法是使用缓存,将函数的结果保存下来,下次使用相同的参数调用时直接返回缓存的结果。装饰器是一种优雅的实现缓存的方式,但如果不小心,可能会掉入一些陷阱。

setdefault 的误用

一个常见的误用是在缓存装饰器中使用 dict.setdefault 方法。例如:

def wrapper2(*args, **kwargs):
    global cache
    return cache.setdefault(args, func(*args, **kwargs))

这段代码看起来似乎很简洁,但实际上存在问题。dict.setdefault(key, default) 的行为是:如果 key 存在于字典中,则返回 key 对应的值;否则,将 key 和 default 添加到字典中,并返回 default。

关键在于,无论 key 是否存在于字典中,default 都会被计算。因此,func(*args, **kwargs) 会在每次调用 wrapper2 时执行,即使缓存中已经存在结果。这完全违背了缓存的初衷。

等价于:

result = func(*args, **kwargs)
return cache.setdefault(args, result)

更健壮的缓存装饰器

为了避免 setdefault 的陷阱,我们需要手动检查缓存中是否存在结果。一个更健壮的缓存装饰器实现如下:

Midjourney
Midjourney

当前最火的AI绘图生成工具,可以根据文本提示生成华丽的视觉图片。

下载
import functools

def cacheDecorator(func):
    cache = {}  # 为每个函数创建一个独立的缓存

    @functools.wraps(func)  # 保留原始函数的元数据
    def wrapper(*args, **kwargs):
        # 创建缓存键,考虑 args 和 kwargs
        cache_key = (args, tuple(sorted(kwargs.items())))
        if cache_key in cache:
            return cache[cache_key]
        else:
            ret_val = func(*args, **kwargs)
            cache[cache_key] = ret_val
            return ret_val

    return wrapper

代码解释:

  1. functools.wraps(func): 这个装饰器用于保留原始函数的元数据,例如 __name__ 和 __doc__。这有助于调试和文档生成。
  2. 独立的缓存: cache = {} 在 cacheDecorator 内部定义,为每个被装饰的函数创建一个独立的缓存。避免了多个函数共享同一个缓存导致的问题。
  3. 缓存键的生成: cache_key = (args, tuple(sorted(kwargs.items()))) 将 args 和 kwargs 组合成一个元组作为缓存键。 kwargs 需要先排序再转换为元组,以确保相同键值对但顺序不同的 kwargs 生成相同的缓存键。
  4. 缓存查找和更新: 如果 cache_key 存在于缓存中,直接返回缓存的值;否则,调用原始函数计算结果,并将结果添加到缓存中。

示例:

import logging
import sys
import time

logging.basicConfig(
    format="%(asctime)s [%(levelname)s] %(name)s - %(message)s",
    level=logging.INFO,
    datefmt="%Y-%m-%d %H:%M:%S",
    stream=sys.stdout,
)
logger = logging.getLogger("mylogger")

import functools

def cacheDecorator(func):
    cache = {}  # 为每个函数创建一个独立的缓存

    @functools.wraps(func)  # 保留原始函数的元数据
    def wrapper(*args, **kwargs):
        # 创建缓存键,考虑 args 和 kwargs
        cache_key = (args, tuple(sorted(kwargs.items())))
        if cache_key in cache:
            logger.info(f"Cache hit for {func.__name__} with args: {args}, kwargs: {kwargs}")
            return cache[cache_key]
        else:
            logger.info(f"Cache miss for {func.__name__} with args: {args}, kwargs: {kwargs}")
            ret_val = func(*args, **kwargs)
            cache[cache_key] = ret_val
            return ret_val

    return wrapper

@cacheDecorator
def slow_function(a, b, c=1):
    logger.info("Executing slow_function...")
    time.sleep(2)  # 模拟耗时操作
    return a * b * c

logger.info (f'Result from executing slow_function(1,2) = {slow_function(1,2)}')
logger.info (f'Result from executing slow_function(1,2) again = {slow_function(1,2)}')
logger.info (f'Result from executing slow_function(1,2, c=3) = {slow_function(1,2, c=3)}')
logger.info (f'Result from executing slow_function(1,2, c=3) again = {slow_function(1,2, c=3)}')

输出:

2024-10-27 16:31:27 [INFO] mylogger - Cache miss for slow_function with args: (1, 2), kwargs: {}
2024-10-27 16:31:27 [INFO] mylogger - Executing slow_function...
2024-10-27 16:31:29 [INFO] mylogger - Result from executing slow_function(1,2) = 2
2024-10-27 16:31:29 [INFO] mylogger - Cache hit for slow_function with args: (1, 2), kwargs: {}
2024-10-27 16:31:29 [INFO] mylogger - Result from executing slow_function(1,2) again = 2
2024-10-27 16:31:29 [INFO] mylogger - Cache miss for slow_function with args: (1, 2), kwargs: {'c': 3}
2024-10-27 16:31:29 [INFO] mylogger - Executing slow_function...
2024-10-27 16:31:31 [INFO] mylogger - Result from executing slow_function(1,2, c=3) = 6
2024-10-27 16:31:31 [INFO] mylogger - Cache hit for slow_function with args: (1, 2), kwargs: {'c': 3}
2024-10-27 16:31:31 [INFO] mylogger - Result from executing slow_function(1,2, c=3) again = 6

可以看到,第一次调用 slow_function(1, 2) 和 slow_function(1, 2, c=3) 时,Executing slow_function... 会被打印,说明函数被实际执行了。 后续使用相同的参数调用时,直接从缓存中返回结果,不再执行原始函数。

注意事项

  • 缓存键的唯一性: 确保缓存键能够唯一标识函数的输入。 如果函数的参数是可变对象(例如列表或字典),需要小心处理,避免缓存键的冲突。可以使用 tuple(arg) 来将列表转换为元组作为缓存键,但要注意列表内容的变化会导致缓存失效。
  • 缓存大小限制: 缓存可能会占用大量内存,特别是当函数的输入空间很大时。 可以考虑使用 LRU (Least Recently Used) 缓存或其他缓存淘汰策略来限制缓存的大小。 functools.lru_cache 是一个方便的工具,可以实现 LRU 缓存。
  • 线程安全性: 如果你的程序是多线程的,需要确保缓存的访问是线程安全的。 可以使用锁或其他同步机制来保护缓存。

总结

使用装饰器实现函数结果缓存是一种有效的优化手段。 避免使用 dict.setdefault,并仔细考虑缓存键的生成、缓存大小限制和线程安全性,可以编写出健壮的缓存装饰器,提高程序的性能。

热门AI工具

更多
DeepSeek
DeepSeek

幻方量化公司旗下的开源大模型平台

豆包大模型
豆包大模型

字节跳动自主研发的一系列大型语言模型

通义千问
通义千问

阿里巴巴推出的全能AI助手

腾讯元宝
腾讯元宝

腾讯混元平台推出的AI助手

文心一言
文心一言

文心一言是百度开发的AI聊天机器人,通过对话可以生成各种形式的内容。

讯飞写作
讯飞写作

基于讯飞星火大模型的AI写作工具,可以快速生成新闻稿件、品宣文案、工作总结、心得体会等各种文文稿

即梦AI
即梦AI

一站式AI创作平台,免费AI图片和视频生成。

ChatGPT
ChatGPT

最最强大的AI聊天机器人程序,ChatGPT不单是聊天机器人,还能进行撰写邮件、视频脚本、文案、翻译、代码等任务。

相关专题

更多
线程和进程的区别
线程和进程的区别

线程和进程的区别:线程是进程的一部分,用于实现并发和并行操作,而线程共享进程的资源,通信更方便快捷,切换开销较小。本专题为大家提供线程和进程区别相关的各种文章、以及下载和课程。

546

2023.08.10

Python 多线程与异步编程实战
Python 多线程与异步编程实战

本专题系统讲解 Python 多线程与异步编程的核心概念与实战技巧,包括 threading 模块基础、线程同步机制、GIL 原理、asyncio 异步任务管理、协程与事件循环、任务调度与异常处理。通过实战示例,帮助学习者掌握 如何构建高性能、多任务并发的 Python 应用。

235

2025.12.24

java多线程相关教程合集
java多线程相关教程合集

本专题整合了java多线程相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

20

2026.01.21

C++多线程相关合集
C++多线程相关合集

本专题整合了C++多线程相关教程,阅读专题下面的的文章了解更多详细内容。

19

2026.01.21

default gateway怎么配置
default gateway怎么配置

配置default gateway的步骤:1、了解网络环境;2、获取路由器IP地址;3、登录路由器管理界面;4、找到并配置WAN口设置;5、配置默认网关;6、保存设置并退出;7、检查网络连接是否正常。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

223

2023.12.07

AO3官网入口与中文阅读设置 AO3网页版使用与访问
AO3官网入口与中文阅读设置 AO3网页版使用与访问

本专题围绕 Archive of Our Own(AO3)官网入口展开,系统整理 AO3 最新可用官网地址、网页版访问方式、正确打开链接的方法,并详细讲解 AO3 中文界面设置、阅读语言切换及基础使用流程,帮助用户稳定访问 AO3 官网,高效完成中文阅读与作品浏览。

53

2026.02.02

主流快递单号查询入口 实时物流进度一站式追踪专题
主流快递单号查询入口 实时物流进度一站式追踪专题

本专题聚合极兔快递、京东快递、中通快递、圆通快递、韵达快递等主流物流平台的单号查询与运单追踪内容,重点解决单号查询、手机号查物流、官网入口直达、包裹进度实时追踪等高频问题,帮助用户快速获取最新物流状态,提升查件效率与使用体验。

13

2026.02.02

Golang WebAssembly(WASM)开发入门
Golang WebAssembly(WASM)开发入门

本专题系统讲解 Golang 在 WebAssembly(WASM)开发中的实践方法,涵盖 WASM 基础原理、Go 编译到 WASM 的流程、与 JavaScript 的交互方式、性能与体积优化,以及典型应用场景(如前端计算、跨平台模块)。帮助开发者掌握 Go 在新一代 Web 技术栈中的应用能力。

8

2026.02.02

PHP Swoole 高性能服务开发
PHP Swoole 高性能服务开发

本专题聚焦 PHP Swoole 扩展在高性能服务端开发中的应用,系统讲解协程模型、异步IO、TCP/HTTP/WebSocket服务器、进程与任务管理、常驻内存架构设计。通过实战案例,帮助开发者掌握 使用 PHP 构建高并发、低延迟服务端应用的工程化能力。

3

2026.02.02

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
最新Python教程 从入门到精通
最新Python教程 从入门到精通

共4课时 | 22.4万人学习

Django 教程
Django 教程

共28课时 | 3.8万人学习

SciPy 教程
SciPy 教程

共10课时 | 1.4万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号