在當今世界，回應請求的速度和效率至關重要。線上商店、社交網路和銀行服務等大規模、高流量的系統面臨大量的數據和用戶請求。這種高要求不僅會為伺服器和資料庫帶來沉重的負載，還會顯著影響使用者體驗。在這種情況下，實施快取系統可以是提高效能和減少資源負載的有效解決方案。
本文討論如何實現高階快取系統，該系統利用雜湊圖和 AVL 樹的組合來實現更快的資料存取。此外，它還採用 TTL（生存時間）機制進行資料過期管理和自動資料刪除，以及輸入驗證以增強安全性。這種智慧、安全的快取系統滿足大型專案的基本需求，為提高使用者的服務速度和效率提供了強大的解決方案。
為了管理資料過期，我們使用 TTL 欄位擴充 AVL 類別。此欄位指定每個資料項目的過期時間，並自動刪除過期資料。
// 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;
}
}
此服務使用 AVLTree 類別來有效率且安全地管理資料。它包括一個基本的資料安全驗證機制。
// 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);
}
}
API 控制器使用 set、get 和 delete 方法來安全地儲存和檢索資料。
// 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' };
}
}
驗證系統的會話管理：
例如：銀行和金融系統。
用於減少請求負載的 API 快取：
範例：天氣應用程式和貨幣兌換網站。
線上平台即時使用者狀態儲存：
範例：WhatsApp 或 Telegram 等訊息應用程式。
線上商店中的產品資料儲存：
範例：像亞馬遜這樣的高流量電子商務平台。
這些範例顯示此快取系統可以顯著減少資料庫和伺服器負載，從而縮短使用者的回應時間。
在本文中，我們設計並實現了一個先進的快取系統，該系統結合了 AVL 樹和雜湊圖，以實現快速資料存取和伺服器效能最佳化。 TTL機制提供自動資料過期管理，而令牌驗證則確保足夠的安全性。
此智慧型快取系統高效靈活，適合具有動態和敏感資料的大規模應用，支援分散式架構中的可擴展需求。
以上是杜絕延遲：為高需求系統實施高級且安全的緩存的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！
