介紹：

在當(dāng)今世界，響應(yīng)請(qǐng)求的速度和效率至關(guān)重要。在線商店、社交網(wǎng)絡(luò)和銀行服務(wù)等大規(guī)模、高流量的系統(tǒng)面臨著大量的數(shù)據(jù)和用戶請(qǐng)求。這種高要求不僅會(huì)給服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)帶來(lái)沉重的負(fù)載，還會(huì)顯著影響用戶體驗(yàn)。在這種情況下，實(shí)施緩存系統(tǒng)可以是提高性能和減少資源負(fù)載的有效解決方案。

本文討論了如何實(shí)現(xiàn)高級(jí)緩存系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用哈希圖和 AVL 樹的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。此外，它還采用 TTL（生存時(shí)間）機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)過(guò)期管理和自動(dòng)數(shù)據(jù)刪除，以及輸入驗(yàn)證以增強(qiáng)安全性。這種智能、安全的緩存系統(tǒng)滿足大型項(xiàng)目的基本需求，為提高用戶的服務(wù)速度和效率提供了強(qiáng)大的解決方案。

1. 用TTL實(shí)現(xiàn)AVL樹

為了管理數(shù)據(jù)過(guò)期，我們使用 TTL 字段擴(kuò)展 AVL 類。該字段指定每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的過(guò)期時(shí)間，并自動(dòng)刪除過(guò)期數(shù)據(jù)。

// src/utils/avltree.ts

class AVLNode {
  key: string;
  value: any;
  ttl: number; // Time to live
  height: number;
  left: AVLNode | null;
  right: AVLNode | null;

  constructor(key: string, value: any, ttl: number) {
    this.key = key;
    this.value = value;
    this.ttl = Date.now() + ttl; // Expiry time
    this.height = 1;
    this.left = null;
    this.right = null;
  }

  isExpired(): boolean {
    return Date.now() > this.ttl;
  }
}

export class AVLTree {
  private root: AVLNode | null;

  constructor() {
    this.root = null;
  }

  private getHeight(node: AVLNode | null): number {
    return node ? node.height : 0;
  }

  private updateHeight(node: AVLNode): void {
    node.height = 1 + Math.max(this.getHeight(node.left), this.getHeight(node.right));
  }

  private rotateRight(y: AVLNode): AVLNode {
    const x = y.left!;
    y.left = x.right;
    x.right = y;
    this.updateHeight(y);
    this.updateHeight(x);
    return x;
  }

  private rotateLeft(x: AVLNode): AVLNode {
    const y = x.right!;
    x.right = y.left;
    y.left = x;
    this.updateHeight(x);
    this.updateHeight(y);
    return y;
  }

  private getBalance(node: AVLNode): number {
    return node ? this.getHeight(node.left) - this.getHeight(node.right) : 0;
  }

  insert(key: string, value: any, ttl: number): void {
    this.root = this.insertNode(this.root, key, value, ttl);
  }

  private insertNode(node: AVLNode | null, key: string, value: any, ttl: number): AVLNode {
    if (!node) return new AVLNode(key, value, ttl);

    if (key < node.key) {
      node.left = this.insertNode(node.left, key, value, ttl);
    } else if (key > node.key) {
      node.right = this.insertNode(node.right, key, value, ttl);
    } else {
      node.value = value;
      node.ttl = Date.now() + ttl;
      return node;
    }

    this.updateHeight(node);
    const balance = this.getBalance(node);

    if (balance > 1 && key < node.left!.key) return this.rotateRight(node);
    if (balance < -1 && key > node.right!.key) return this.rotateLeft(node);
    if (balance > 1 && key > node.left!.key) {
      node.left = this.rotateLeft(node.left!);
      return this.rotateRight(node);
    }
    if (balance < -1 && key < node.right!.key) {
      node.right = this.rotateRight(node.right!);
      return this.rotateLeft(node);
    }
    return node;
  }

  search(key: string): any {
    let node = this.root;
    while (node) {
      if (node.isExpired()) {
        this.delete(node.key);
        return null;
      }
      if (key === node.key) return node.value;
      node = key < node.key ? node.left : node.right;
    }
    return null;
  }

  delete(key: string): void {
    this.root = this.deleteNode(this.root, key);
  }

  private deleteNode(node: AVLNode | null, key: string): AVLNode | null {
    if (!node) return null;

    if (key < node.key) {
      node.left = this.deleteNode(node.left, key);
    } else if (key > node.key) {
      node.right = this.deleteNode(node.right, key);
    } else {
      if (!node.left || !node.right) return node.left || node.right;
      let minLargerNode = node.right;
      while (minLargerNode.left) minLargerNode = minLargerNode.left;
      node.key = minLargerNode.key;
      node.value = minLargerNode.value;
      node.ttl = minLargerNode.ttl;
      node.right = this.deleteNode(node.right, minLargerNode.key);
    }
    this.updateHeight(node);
    const balance = this.getBalance(node);

    if (balance > 1 && this.getBalance(node.left!) >= 0) return this.rotateRight(node);
    if (balance < -1 && this.getBalance(node.right!) <= 0) return this.rotateLeft(node);
    if (balance > 1 && this.getBalance(node.left!) < 0) {
      node.left = this.rotateLeft(node.left!);
      return this.rotateRight(node);
    }
    if (balance < -1 && this.getBalance(node.right!) > 0) {
      node.right = this.rotateRight(node.right!);
      return this.rotateLeft(node);
    }
    return node;
  }
}

2. 具有TTL和安全機(jī)制的增強(qiáng)型緩存服務(wù)

該服務(wù)使用 AVLTree 類來(lái)高效、安全地管理數(shù)據(jù)。它包括一個(gè)基本的數(shù)據(jù)安全驗(yàn)證機(jī)制。

// src/cache/cache.service.ts

import { Injectable, UnauthorizedException } from '@nestjs/common';
import { AVLTree } from '../utils/avltree';

@Injectable()
export class CacheService {
  private avlTree: AVLTree;
  private authorizedTokens: Set<string> = new Set(['your_authorized_token']); // Simple validation example

  constructor() {
    this.avlTree = new AVLTree();
  }

  validateToken(token: string): void {
    if (!this.authorizedTokens.has(token)) {
      throw new UnauthorizedException('Invalid access token');
    }
  }

  set(key: string, value: any, ttl: number, token: string): void {
    this.validateToken(token);
    this.avlTree.insert(key, value, ttl);
  }

  get(key: string, token: string): any {
    this.validateToken(token);
    return this.avlTree.search(key);
  }

  delete(key: string, token: string): void {
    this.validateToken(token);
    this.avlTree.delete(key);
  }
}

3. 帶有驗(yàn)證和TTL的控制器

API 控制器使用 set、get 和 delete 方法來(lái)安全地存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)。

// src/cache/cache.controller.ts

import { Controller, Get, Post, Delete, Body, Param, Query } from '@nestjs/common';
import { CacheService } from './cache.service';

@Controller('cache')
export class CacheController {
  constructor(private readonly cacheService: CacheService) {}

  @Post('set')
  setCache(@Body() body: { key: string; value: any; ttl: number; token: string }) {
    this.cacheService.set(body.key, body.value, body.ttl, body.token);
    return { message: 'Data cached successfully' };
  }

  @Get('get/:key')
  getCache(@Param('key') key: string, @Query('token') token: string) {
    const value = this.cacheService.get(key, token);
    return value ? { value } : { message: 'Key not found or expired' };
  }

  @Delete('delete/:key')
  deleteCache(@Param('key') key: string, @Query('token') token: string) {
    this.cacheService.delete(key);
    return { message: 'Key deleted successfully' };
  }
}

緩存系統(tǒng)的實(shí)際用例

1. 身份驗(yàn)證系統(tǒng)的會(huì)話管理：
   
   示例：銀行和金融系統(tǒng)。

2. 用于減少請(qǐng)求負(fù)載的 API 緩存：
   
   示例：天氣應(yīng)用程序和貨幣兌換網(wǎng)站。

3. 在線平臺(tái)實(shí)時(shí)用戶狀態(tài)存儲(chǔ)：
   
   示例：WhatsApp 或 Telegram 等消息應(yīng)用程序。

4. 在線商店中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：
   
   示例：像亞馬遜這樣的高流量電子商務(wù)平臺(tái)。

這些示例表明該緩存系統(tǒng)可以顯著減少數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)器負(fù)載，從而縮短用戶的響應(yīng)時(shí)間。

結(jié)論

在本文中，我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)先進(jìn)的緩存系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了 AVL 樹和哈希圖，以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)訪問(wèn)和服務(wù)器性能優(yōu)化。 TTL機(jī)制提供自動(dòng)數(shù)據(jù)過(guò)期管理，而令牌驗(yàn)證則確保足夠的安全性。

該智能緩存系統(tǒng)高效靈活，適合具有動(dòng)態(tài)和敏感數(shù)據(jù)的大規(guī)模應(yīng)用，支持分布式架構(gòu)中的可擴(kuò)展需求。

以上是杜絕延遲：為高需求系統(tǒng)實(shí)施高級(jí)且安全的緩存的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！