Menamatkan Kelewatan: Melaksanakan Caching Termaju dan Selamat untuk Sistem Permintaan Tinggi

pengenalan:

Dalam dunia hari ini, kepantasan dan kecekapan dalam menjawab permintaan adalah amat penting. Sistem berskala besar dan trafik tinggi seperti kedai dalam talian, rangkaian sosial dan perkhidmatan perbankan menghadapi sejumlah besar data dan permintaan pengguna. Permintaan yang tinggi ini bukan sahaja meletakkan beban berat pada pelayan dan pangkalan data tetapi juga boleh memberi kesan yang ketara kepada pengalaman pengguna. Dalam kes sedemikian, melaksanakan sistem caching boleh menjadi penyelesaian yang berkesan untuk meningkatkan prestasi dan mengurangkan beban sumber.

Artikel ini membincangkan pelaksanaan sistem caching lanjutan yang menggunakan gabungan Peta Hash dan Pokok AVL untuk akses data yang lebih pantas. Selain itu, ia menggunakan mekanisme TTL (Time to Live) untuk pengurusan tamat tempoh data dan pemadaman data automatik, serta pengesahan input untuk keselamatan yang dipertingkatkan. Sistem caching pintar dan selamat ini memenuhi keperluan penting projek besar, menyediakan penyelesaian berkuasa untuk meningkatkan kelajuan dan kecekapan perkhidmatan untuk pengguna.

1. Melaksanakan Pokok AVL dengan TTL

Untuk mengurus tamat tempoh data, kami melanjutkan kelas AVL dengan medan TTL. Medan ini menentukan masa tamat tempoh untuk setiap item data dan memadamkan data tamat tempoh secara automatik.

// 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. Perkhidmatan Caching yang Dipertingkatkan dengan TTL dan Mekanisme Keselamatan

Perkhidmatan ini menggunakan kelas AVLTree untuk mengurus data dengan cekap dan selamat. Ia termasuk mekanisme pengesahan asas untuk keselamatan data.

// 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. Pengawal dengan Pengesahan dan TTL

Pengawal API menggunakan kaedah set, dapatkan dan padam untuk menyimpan dan mendapatkan data dengan selamat.

// 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' };
  }
}

Kes Penggunaan Praktikal Sistem Caching

1. Pengurusan Sesi untuk Sistem Pengesahan:
   
   Contoh: Sistem perbankan dan kewangan.

2. Caching API untuk Mengurangkan Beban Permintaan:
   
   Contoh: Apl cuaca dan tapak web pertukaran mata wang.

3. Storan Status Pengguna Masa Nyata dalam Platform Dalam Talian:
   
   Contoh: Apl pemesejan seperti WhatsApp atau Telegram.

4. Storan Data Produk di Kedai Dalam Talian:
   
   Contoh: Platform e-dagang dengan trafik tinggi seperti Amazon.

Contoh ini menunjukkan bahawa sistem caching ini boleh mengurangkan beban pangkalan data dan pelayan dengan ketara, meningkatkan masa respons untuk pengguna.

Kesimpulan

Dalam artikel ini, kami mereka bentuk dan melaksanakan sistem caching lanjutan yang menggabungkan Pokok AVL dan Peta Hash untuk mendayakan akses data pantas dan pengoptimuman prestasi pelayan. Mekanisme TTL menyediakan pengurusan tamat tempoh data automatik, manakala pengesahan token memastikan keselamatan yang mencukupi.

Sistem caching pintar ini cekap dan fleksibel, sesuai untuk aplikasi berskala besar dengan data dinamik dan sensitif, menyokong keperluan berskala dalam seni bina teragih.

Atas ialah kandungan terperinci Menamatkan Kelewatan: Melaksanakan Caching Termaju dan Selamat untuk Sistem Permintaan Tinggi. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!