延迟加载：提升性能的隐形利器

news2024/11/15 12:29:14

引言

想象一下，你正在玩一款大型电子游戏。如果游戏在启动的时候就加载了所有的关卡、角色和道具，那玩家可能需要等待很长时间才能开始游戏，而且大部分内容可能在游戏的初期都不会被用到。显然，这样的做法既低效又耗时。

而延迟加载技术，就好比是一种“按需供应”的策略，只有当玩家接近某个关卡或需要某个道具时，游戏才会加载相关的资源。这样既能提高效率，又可以节约资源。下面我们就来详细聊聊这个技术在编程中的应用。

延迟加载是什么？

一种高效的资源管理方式

延迟加载，也称为惰性加载，它的核心理念是：先加载一个标记符号，需要时再去实际获取。这就像是在游戏里，只有在需要某个道具时，游戏才会加载，而不是一次性把所有道具都加载到系统里。

解决的问题

通过延迟加载，我们能解决一些资源使用上的问题：

减少等待时间：用户不需要等待所有内容都加载完毕才能使用程序，提升了用户体验。
节约资源：只有在需要的时候才会占用资源，这样就可以将资源留给当前真正需要它们的任务。

延迟加载的好处

提高资源利用率

想象一下，你的电脑是一间工厂，工厂里的机器（资源）是有限的。如果每个任务都要求独占所有机器，那么同时只能有一个任务在运行。但如果我们采用了延迟加载，就可以在不需要资源时，将资源分配给其它程序，提高了整个工厂的运转效率。

提高运行效率

如果你的电脑一开机就加载所有可能用到的程序，那么你可能要等很久才能开始工作。延迟加载帮助我们避免不需要的资源加载，减少了启动和运行时的延迟，就像是只在你饿了的时候才去做饭，而不是一直让食物在火上煮着。

节省成本

在一个有限的预算下，我们总希望能够做更多的事情。延迟加载就像是精打细算的家庭主妇，通过合理安排购物和烹饪计划，确保每一分钱都花在刀刃上。在技术层面，它意味着有限的资源可以干更多的事，而不是随着任务的增长资源也需要线性增长。

不同系统中的延迟加载

CPU：寄存器和缓冲

CPU的工作就像是一个厨师在炒菜，而寄存器和缓冲就是他手边的调料盒和炒锅。CPU并不会把冰箱里的所有食材都拿出来，而是只把最近运算需要的数据加载进来。这样做可以让厨师（CPU）工作得更快，因为他不需要每次都去冰箱（内存）里翻找食材。

操作系统：虚拟内存和动态链接库

虚拟内存：一个巧妙的存储方案

操作系统中的虚拟内存，就好比是一个巨大的仓库。这个仓库给每个人（程序）提供了一个看似无限大的储藏室。当然，仓库管理员（操作系统）并不是真的给你无限的空间，而是通过一种叫做分页的技术，只有当你需要某个物品时，管理员才会从大仓库（磁盘）中取出来放到你的储藏室里。

动态链接库：按需装载的资源

动态链接库（DLLs）则像是一个共享的工具库。程序在运行时，并不会把所有工具都拿走，而是在确实需要使用某个工具时，才会去工具库中取。这样一来，同一套工具就可以被多个程序共享，而不需要每个程序都拥有一套。

程序中的延迟加载

高级语言中的对象Lazy加载

在Java或C#这样的编程语言中，对象的延迟加载就像是给对象贴上了一个“稍后再说”的标签。对象在一开始并不会被真正创建，它们只是一个准备好的模板。只有在真正需要这个对象时，程序才会按照这个模板去“制造”它。

下面是用Java编写的一个对象懒加载的例子，当我们创建 LazyLoadedObject 的实例时，实际的重量级类型HeavyResource 不会被初始化，只有真的需要它的时候，通过调用 getHeavyResource 才会创建它的实例。

public class LazyLoadedObject {
    private HeavyResource heavyResource;

    public HeavyResource getHeavyResource() {
        if (heavyResource == null) {
            // 只有在真正需要使用HeavyResource时才创建它
            heavyResource = new HeavyResource();
        }
        return heavyResource;
    }
}

在C#中我们可以更进一步，直接使用基础库提供的Lazy模板。如下代码所示，只有在获取lazy对象的Value属性时，HeavyResource 类型的实例才会真正创建。

 var lazyHeavyResource = new Lazy<HeavyResource>(() => new HeavyResource());  
 var heavyResource = lazyHeavyResource.Value;

网页中的图片加载

网页中的图片延迟加载则像是一家画廊。如果一幅画不在你的视线范围内，画廊就不会把它挂出来。只有当你走到那幅画面前时，它才会展现给你看。这样不仅节省了空间，还能保证你每次都能看到最新的展览。

下面是一个网页中图片懒加载的代码示例，实际开发中有很多类库可以使用。

<img data-src="path/to/image.jpg" alt="Lazy Loaded Image" />

<script type="text/javascript">
  document.addEventListener("DOMContentLoaded", function() {
    var lazyImages = [].slice.call(document.querySelectorAll("img[data-src]"));
    lazyImages.forEach(function(img) {
      img.src = img.getAttribute("data-src");
      img.removeAttribute("data-src");
    });
  });
</script>

在这个HTML代码片段中，图片的src属性被替换为了data-src。当页面加载完成后，JavaScript代码会遍历所有带有data-src属性的图片，并将它们的src属性设置为正确的路径，从而实现图片的延迟加载。

Vue中的虚拟DOM

Vue等现代前端框架中的虚拟DOM技术，就像是一位计划周密的建筑师。他不会在建筑过程中每做一点小改动就重新评估整个设计图，而是先在纸上（虚拟DOM）上做出所有修改，最后一次性把所有改动应用到真正的建筑（实际DOM）上。

new Vue({
  el: '#app',
  data: {
    message: 'Hello Vue!'
  }
});

// 在Vue中，当数据message变化时，
// 虚拟DOM会进行比较，并计算出最小的必要DOM更新，
// 然后应用到实际的DOM上

在Vue中，每次数据发生变化时，都会创建一个新的虚拟DOM树。Vue会比较新旧虚拟DOM树的差异，并计算出最小的必要更新，然后应用到实际的DOM上，这个过程就是所谓的“延迟加载”。

异步编程：一种特殊的延迟加载

如果我们把异步编程也看作一种延迟加载，那么它就像是一张待办事项清单。你可以先记录下所有需要做的事情，但并不是立即去做。而是在处理完当前最重要的任务后，再按照清单去依次处理其他事项。

function fetchData() {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            resolve('数据加载完成');
        }, 2000);
    });
}

fetchData().then(data => {
    console.log(data); // 输出：数据加载完成
});

在这段JavaScript代码中，fetchData函数模拟了一个异步操作，它返回一个Promise对象。在Promise中，我们设置了一个定时器来模拟数据加载的过程，当数据加载完成后，resolve函数被调用，并且then方法中的代码会在那时执行。这是异步编程的一个典型例子，也可以被看作是一种延迟加载。