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無縫快取讀取簡化實作：單一儲存槽搭配 Lambda 委派

編輯：關於.NET

先前筆者發表《無縫快取讀取：雙儲存策略》，採用兩個儲存位址輪替以達無鎖讀取。經網友 Cat Chen 指點，發現雙指標切換其實屬過度設計 —— 單一儲存位址配合寫入時的執行緒同步，即可達成同樣的無縫讀取效果。本文將展示簡化後的架構與程式碼。

核心設計：Medium 快取介質類別

拋棄雙緩衝區指標，改用單一儲存槽加上狀態旗標：

namespace CHCache
{
    /// 快取介質
    public class Medium
    {
        /// 儲存區：存放實際快取實體
        public object Store { get; set; }

        /// 是否正在更新中
        public bool IsUpdating { get; set; }
    }
}

Store 保存快取資料本體；IsUpdating 標記該槽位是否正在進行寫入操作，讀取端據此判斷是否命中有效資料。

DictionaryCache：快取容器與讀寫邏輯

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;

namespace CHCache
{
    public class DictionaryCache : IEnumerable
    {
        public DictionaryCache()
        {
            Store = new Dictionary<string, Medium>();
        }

        /// 新增/更新快取項目
        /// 快取鍵值
        /// 資料載入委派 (Lambda 表達式)
        public void Add(string key, Func<object> func)
        {
            if (Store.ContainsKey(key))
            {
                var elem = Store[key];
                if (elem.IsUpdating) return; // 正在更新，略過本次請求

                // 啟動背景執行緒重新載入
                var th = new ThreadHelper(elem, func);
                var td = new Thread(th.Doit);
                td.Start();
            }
            else
            {
                // 首次寫入：主執行緒同步執行，確保立即可用
                Console.WriteLine("Begin first write");
                Store.Add(key, new Medium { Store = func() });
                Console.WriteLine("End first write");
            }
        }

        /// 讀取快取資料
        public object this[string key]
        {
            get
            {
                if (!Store.ContainsKey(key)) return null;
                return Store[key].Store; // 直接回傳，無鎖讀取
            }
        }

        public Dictionary<string, Medium> Store { get; set; }

        public IEnumerator GetEnumerator()
        {
            return ((IEnumerable)Store).GetEnumerator();
        }
    }
}

關鍵點解析

首次寫入同步執行：避免首次存取時快取為空，主執行緒直接呼叫 func() 取得資料。
後續更新非同步化：偵測到 IsUpdating == false 時，啟動新執行緒執行 ThreadHelper.Doit，不阻塞呼叫端。
讀取零同步開銷：索引器直接回傳 Store 參考，完全無鎖，極適合高併發讀取場景。

ThreadHelper：背景執行緒包裝類

using System;

namespace CHCache
{
    public class ThreadHelper
    {
        public Func<object> Fun { get; set; }
        public Medium Medium { get; set; }

        public ThreadHelper(Medium m, Func<object> fun)
        {
            Medium = m;
            Fun = fun;
        }

        public void Doit()
        {
            Medium.IsUpdating = true;
            Console.WriteLine("Begin write.");
            var ret = Fun.Invoke(); // 執行使用者提供的資料載入邏輯
            Medium.Store = ret;     // 原子性替換參考
            Console.WriteLine("End write.");
            Medium.IsUpdating = false;
        }
    }
}

Doit 方法流程清晰：設定旗標 → 執行載入 → 替換儲存體參考 → 清除旗標。參考替換在 .NET 中屬原子操作，讀取端要么看到舊資料，要么看到新資料，絕不會讀到半殘損狀態。