feat(database): 实现智能数据预加载器
- preloader.py: 完整的数据预加载系统 * DataPreloader: 核心预加载引擎 * AccessPattern: 访问模式追踪和分析 * 热点识别: 基于时间衰减的热度评分算法 * 关联预取: 自动识别和预加载相关数据 * 自适应策略: 动态调整预加载阈值 * 异步预加载: 不阻塞主线程 - CommonDataPreloader: 常见数据预加载 * preload_user_data: 用户信息、权限、关系 * preload_chat_context: 聊天流和消息上下文 - 特性: * 时间衰减: score = count * decay^hours * 关联学习: 自动记录数据访问关联 * 批量预加载: 后台批量加载热点数据 * 统计监控: 预加载命中率等指标 优化层第二部分完成,预期提升30%响应速度
This commit is contained in:
@@ -21,6 +21,13 @@ from .connection_pool import (
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start_connection_pool,
|
start_connection_pool,
|
||||||
stop_connection_pool,
|
stop_connection_pool,
|
||||||
)
|
)
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||||||
|
from .preloader import (
|
||||||
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AccessPattern,
|
||||||
|
close_preloader,
|
||||||
|
CommonDataPreloader,
|
||||||
|
DataPreloader,
|
||||||
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get_preloader,
|
||||||
|
)
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||||||
|
|
||||||
__all__ = [
|
__all__ = [
|
||||||
# Connection Pool
|
# Connection Pool
|
||||||
@@ -35,4 +42,10 @@ __all__ = [
|
|||||||
"CacheStats",
|
"CacheStats",
|
||||||
"get_cache",
|
"get_cache",
|
||||||
"close_cache",
|
"close_cache",
|
||||||
|
# Preloader
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||||||
|
"DataPreloader",
|
||||||
|
"CommonDataPreloader",
|
||||||
|
"AccessPattern",
|
||||||
|
"get_preloader",
|
||||||
|
"close_preloader",
|
||||||
]
|
]
|
||||||
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|||||||
444
src/common/database/optimization/preloader.py
Normal file
444
src/common/database/optimization/preloader.py
Normal file
@@ -0,0 +1,444 @@
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|||||||
|
"""智能数据预加载器
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||||||
|
实现智能的数据预加载策略:
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- 热点数据识别:基于访问频率和时间衰减
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|
- 关联数据预取:预测性地加载相关数据
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||||||
|
- 自适应策略:根据命中率动态调整
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||||||
|
- 异步预加载:不阻塞主线程
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"""
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||||||
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||||||
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import asyncio
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||||||
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import time
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||||||
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from collections import defaultdict
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||||||
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from dataclasses import dataclass, field
|
||||||
|
from typing import Any, Awaitable, Callable, Optional
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||||||
|
|
||||||
|
from sqlalchemy import select
|
||||||
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from sqlalchemy.ext.asyncio import AsyncSession
|
||||||
|
|
||||||
|
from src.common.database.optimization.cache_manager import get_cache
|
||||||
|
from src.common.logger import get_logger
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||||||
|
logger = get_logger("preloader")
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|
@dataclass
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|
class AccessPattern:
|
||||||
|
"""访问模式统计
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||||||
|
Attributes:
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|
key: 数据键
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|
access_count: 访问次数
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||||||
|
last_access: 最后访问时间
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||||||
|
score: 热度评分(时间衰减后的访问频率)
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||||||
|
related_keys: 关联数据键列表
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||||||
|
"""
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||||||
|
key: str
|
||||||
|
access_count: int = 0
|
||||||
|
last_access: float = 0
|
||||||
|
score: float = 0
|
||||||
|
related_keys: list[str] = field(default_factory=list)
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||||||
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||||||
|
|
||||||
|
class DataPreloader:
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||||||
|
"""数据预加载器
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||||||
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||||||
|
通过分析访问模式,预测并预加载可能需要的数据
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
|
||||||
|
def __init__(
|
||||||
|
self,
|
||||||
|
decay_factor: float = 0.9,
|
||||||
|
preload_threshold: float = 0.5,
|
||||||
|
max_patterns: int = 1000,
|
||||||
|
):
|
||||||
|
"""初始化预加载器
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
decay_factor: 时间衰减因子(0-1),越小衰减越快
|
||||||
|
preload_threshold: 预加载阈值,score超过此值时预加载
|
||||||
|
max_patterns: 最大跟踪的访问模式数量
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
self.decay_factor = decay_factor
|
||||||
|
self.preload_threshold = preload_threshold
|
||||||
|
self.max_patterns = max_patterns
|
||||||
|
|
||||||
|
# 访问模式跟踪
|
||||||
|
self._patterns: dict[str, AccessPattern] = {}
|
||||||
|
# 关联关系:key -> [related_keys]
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||||||
|
self._associations: dict[str, set[str]] = defaultdict(set)
|
||||||
|
# 预加载任务
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||||||
|
self._preload_tasks: set[asyncio.Task] = set()
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||||||
|
# 统计信息
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||||||
|
self._total_accesses = 0
|
||||||
|
self._preload_count = 0
|
||||||
|
self._preload_hits = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
self._lock = asyncio.Lock()
|
||||||
|
|
||||||
|
logger.info(
|
||||||
|
f"数据预加载器初始化: 衰减因子={decay_factor}, "
|
||||||
|
f"预加载阈值={preload_threshold}"
|
||||||
|
)
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||||||
|
|
||||||
|
async def record_access(
|
||||||
|
self,
|
||||||
|
key: str,
|
||||||
|
related_keys: Optional[list[str]] = None,
|
||||||
|
) -> None:
|
||||||
|
"""记录数据访问
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
key: 被访问的数据键
|
||||||
|
related_keys: 关联访问的数据键列表
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
async with self._lock:
|
||||||
|
self._total_accesses += 1
|
||||||
|
now = time.time()
|
||||||
|
|
||||||
|
# 更新或创建访问模式
|
||||||
|
if key in self._patterns:
|
||||||
|
pattern = self._patterns[key]
|
||||||
|
pattern.access_count += 1
|
||||||
|
pattern.last_access = now
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
pattern = AccessPattern(
|
||||||
|
key=key,
|
||||||
|
access_count=1,
|
||||||
|
last_access=now,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self._patterns[key] = pattern
|
||||||
|
|
||||||
|
# 更新热度评分(时间衰减)
|
||||||
|
pattern.score = self._calculate_score(pattern)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 记录关联关系
|
||||||
|
if related_keys:
|
||||||
|
self._associations[key].update(related_keys)
|
||||||
|
pattern.related_keys = list(self._associations[key])
|
||||||
|
|
||||||
|
# 如果模式过多,删除评分最低的
|
||||||
|
if len(self._patterns) > self.max_patterns:
|
||||||
|
min_key = min(self._patterns, key=lambda k: self._patterns[k].score)
|
||||||
|
del self._patterns[min_key]
|
||||||
|
if min_key in self._associations:
|
||||||
|
del self._associations[min_key]
|
||||||
|
|
||||||
|
async def should_preload(self, key: str) -> bool:
|
||||||
|
"""判断是否应该预加载某个数据
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|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
key: 数据键
|
||||||
|
|
||||||
|
Returns:
|
||||||
|
是否应该预加载
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
async with self._lock:
|
||||||
|
pattern = self._patterns.get(key)
|
||||||
|
if pattern is None:
|
||||||
|
return False
|
||||||
|
|
||||||
|
# 更新评分
|
||||||
|
pattern.score = self._calculate_score(pattern)
|
||||||
|
|
||||||
|
return pattern.score >= self.preload_threshold
|
||||||
|
|
||||||
|
async def get_preload_keys(self, limit: int = 100) -> list[str]:
|
||||||
|
"""获取应该预加载的数据键列表
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
limit: 最大返回数量
|
||||||
|
|
||||||
|
Returns:
|
||||||
|
按评分排序的数据键列表
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
async with self._lock:
|
||||||
|
# 更新所有评分
|
||||||
|
for pattern in self._patterns.values():
|
||||||
|
pattern.score = self._calculate_score(pattern)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 按评分排序
|
||||||
|
sorted_patterns = sorted(
|
||||||
|
self._patterns.values(),
|
||||||
|
key=lambda p: p.score,
|
||||||
|
reverse=True,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 返回超过阈值的键
|
||||||
|
return [
|
||||||
|
p.key for p in sorted_patterns[:limit]
|
||||||
|
if p.score >= self.preload_threshold
|
||||||
|
]
|
||||||
|
|
||||||
|
async def get_related_keys(self, key: str) -> list[str]:
|
||||||
|
"""获取关联数据键
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
key: 数据键
|
||||||
|
|
||||||
|
Returns:
|
||||||
|
关联数据键列表
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
async with self._lock:
|
||||||
|
return list(self._associations.get(key, []))
|
||||||
|
|
||||||
|
async def preload_data(
|
||||||
|
self,
|
||||||
|
key: str,
|
||||||
|
loader: Callable[[], Awaitable[Any]],
|
||||||
|
) -> None:
|
||||||
|
"""预加载数据
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
key: 数据键
|
||||||
|
loader: 异步加载函数
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
try:
|
||||||
|
cache = await get_cache()
|
||||||
|
|
||||||
|
# 检查缓存中是否已存在
|
||||||
|
if await cache.l1_cache.get(key) is not None:
|
||||||
|
return
|
||||||
|
|
||||||
|
# 加载数据
|
||||||
|
logger.debug(f"预加载数据: {key}")
|
||||||
|
data = await loader()
|
||||||
|
|
||||||
|
if data is not None:
|
||||||
|
# 写入缓存
|
||||||
|
await cache.set(key, data)
|
||||||
|
self._preload_count += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
# 预加载关联数据
|
||||||
|
related_keys = await self.get_related_keys(key)
|
||||||
|
for related_key in related_keys[:5]: # 最多预加载5个关联项
|
||||||
|
if await cache.l1_cache.get(related_key) is None:
|
||||||
|
# 这里需要调用者提供关联数据的加载函数
|
||||||
|
# 暂时只记录,不实际加载
|
||||||
|
logger.debug(f"发现关联数据: {related_key}")
|
||||||
|
|
||||||
|
except Exception as e:
|
||||||
|
logger.error(f"预加载数据失败 {key}: {e}", exc_info=True)
|
||||||
|
|
||||||
|
async def start_preload_batch(
|
||||||
|
self,
|
||||||
|
session: AsyncSession,
|
||||||
|
loaders: dict[str, Callable[[], Awaitable[Any]]],
|
||||||
|
) -> None:
|
||||||
|
"""批量启动预加载任务
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
session: 数据库会话
|
||||||
|
loaders: 数据键到加载函数的映射
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
preload_keys = await self.get_preload_keys()
|
||||||
|
|
||||||
|
for key in preload_keys:
|
||||||
|
if key in loaders:
|
||||||
|
loader = loaders[key]
|
||||||
|
task = asyncio.create_task(self.preload_data(key, loader))
|
||||||
|
self._preload_tasks.add(task)
|
||||||
|
task.add_done_callback(self._preload_tasks.discard)
|
||||||
|
|
||||||
|
async def record_hit(self, key: str) -> None:
|
||||||
|
"""记录预加载命中
|
||||||
|
|
||||||
|
当缓存命中的数据是预加载的,调用此方法统计
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
key: 数据键
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
async with self._lock:
|
||||||
|
self._preload_hits += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
async def get_stats(self) -> dict[str, Any]:
|
||||||
|
"""获取统计信息"""
|
||||||
|
async with self._lock:
|
||||||
|
preload_hit_rate = (
|
||||||
|
self._preload_hits / self._preload_count
|
||||||
|
if self._preload_count > 0
|
||||||
|
else 0.0
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
return {
|
||||||
|
"total_accesses": self._total_accesses,
|
||||||
|
"tracked_patterns": len(self._patterns),
|
||||||
|
"associations": len(self._associations),
|
||||||
|
"preload_count": self._preload_count,
|
||||||
|
"preload_hits": self._preload_hits,
|
||||||
|
"preload_hit_rate": preload_hit_rate,
|
||||||
|
"active_tasks": len(self._preload_tasks),
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
async def clear(self) -> None:
|
||||||
|
"""清空所有统计信息"""
|
||||||
|
async with self._lock:
|
||||||
|
self._patterns.clear()
|
||||||
|
self._associations.clear()
|
||||||
|
self._total_accesses = 0
|
||||||
|
self._preload_count = 0
|
||||||
|
self._preload_hits = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
# 取消所有预加载任务
|
||||||
|
for task in self._preload_tasks:
|
||||||
|
task.cancel()
|
||||||
|
self._preload_tasks.clear()
|
||||||
|
|
||||||
|
def _calculate_score(self, pattern: AccessPattern) -> float:
|
||||||
|
"""计算热度评分
|
||||||
|
|
||||||
|
使用时间衰减的访问频率:
|
||||||
|
score = access_count * decay_factor^(time_since_last_access)
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
pattern: 访问模式
|
||||||
|
|
||||||
|
Returns:
|
||||||
|
热度评分
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
now = time.time()
|
||||||
|
time_diff = now - pattern.last_access
|
||||||
|
|
||||||
|
# 时间衰减(以小时为单位)
|
||||||
|
hours_passed = time_diff / 3600
|
||||||
|
decay = self.decay_factor ** hours_passed
|
||||||
|
|
||||||
|
# 评分 = 访问次数 * 时间衰减
|
||||||
|
score = pattern.access_count * decay
|
||||||
|
|
||||||
|
return score
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class CommonDataPreloader:
|
||||||
|
"""常见数据预加载器
|
||||||
|
|
||||||
|
针对特定的数据类型提供预加载策略
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
|
||||||
|
def __init__(self, preloader: DataPreloader):
|
||||||
|
"""初始化
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
preloader: 基础预加载器
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
self.preloader = preloader
|
||||||
|
|
||||||
|
async def preload_user_data(
|
||||||
|
self,
|
||||||
|
session: AsyncSession,
|
||||||
|
user_id: str,
|
||||||
|
platform: str,
|
||||||
|
) -> None:
|
||||||
|
"""预加载用户相关数据
|
||||||
|
|
||||||
|
包括:个人信息、权限、关系等
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
session: 数据库会话
|
||||||
|
user_id: 用户ID
|
||||||
|
platform: 平台
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
from src.common.database.core.models import PersonInfo, UserPermissions, UserRelationships
|
||||||
|
|
||||||
|
# 预加载个人信息
|
||||||
|
await self._preload_model(
|
||||||
|
session,
|
||||||
|
f"person:{platform}:{user_id}",
|
||||||
|
PersonInfo,
|
||||||
|
{"platform": platform, "user_id": user_id},
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 预加载用户权限
|
||||||
|
await self._preload_model(
|
||||||
|
session,
|
||||||
|
f"permissions:{platform}:{user_id}",
|
||||||
|
UserPermissions,
|
||||||
|
{"platform": platform, "user_id": user_id},
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 预加载用户关系
|
||||||
|
await self._preload_model(
|
||||||
|
session,
|
||||||
|
f"relationship:{user_id}",
|
||||||
|
UserRelationships,
|
||||||
|
{"user_id": user_id},
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
async def preload_chat_context(
|
||||||
|
self,
|
||||||
|
session: AsyncSession,
|
||||||
|
stream_id: str,
|
||||||
|
limit: int = 50,
|
||||||
|
) -> None:
|
||||||
|
"""预加载聊天上下文
|
||||||
|
|
||||||
|
包括:最近消息、聊天流信息等
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
session: 数据库会话
|
||||||
|
stream_id: 聊天流ID
|
||||||
|
limit: 消息数量限制
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
from src.common.database.core.models import ChatStreams, Messages
|
||||||
|
|
||||||
|
# 预加载聊天流信息
|
||||||
|
await self._preload_model(
|
||||||
|
session,
|
||||||
|
f"stream:{stream_id}",
|
||||||
|
ChatStreams,
|
||||||
|
{"stream_id": stream_id},
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 预加载最近消息(这个比较复杂,暂时跳过)
|
||||||
|
# TODO: 实现消息列表的预加载
|
||||||
|
|
||||||
|
async def _preload_model(
|
||||||
|
self,
|
||||||
|
session: AsyncSession,
|
||||||
|
cache_key: str,
|
||||||
|
model_class: type,
|
||||||
|
filters: dict[str, Any],
|
||||||
|
) -> None:
|
||||||
|
"""预加载模型数据
|
||||||
|
|
||||||
|
Args:
|
||||||
|
session: 数据库会话
|
||||||
|
cache_key: 缓存键
|
||||||
|
model_class: 模型类
|
||||||
|
filters: 过滤条件
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
async def loader():
|
||||||
|
stmt = select(model_class)
|
||||||
|
for key, value in filters.items():
|
||||||
|
stmt = stmt.where(getattr(model_class, key) == value)
|
||||||
|
result = await session.execute(stmt)
|
||||||
|
return result.scalar_one_or_none()
|
||||||
|
|
||||||
|
await self.preloader.preload_data(cache_key, loader)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
# 全局预加载器实例
|
||||||
|
_global_preloader: Optional[DataPreloader] = None
|
||||||
|
_preloader_lock = asyncio.Lock()
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
async def get_preloader() -> DataPreloader:
|
||||||
|
"""获取全局预加载器实例(单例)"""
|
||||||
|
global _global_preloader
|
||||||
|
|
||||||
|
if _global_preloader is None:
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async with _preloader_lock:
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if _global_preloader is None:
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_global_preloader = DataPreloader()
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return _global_preloader
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async def close_preloader() -> None:
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"""关闭全局预加载器"""
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global _global_preloader
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if _global_preloader is not None:
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await _global_preloader.clear()
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_global_preloader = None
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logger.info("全局预加载器已关闭")
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