在當(dāng)今世界,回應(yīng)請(qǐng)求的速度和效率對(duì)於大規(guī)模和高流量的系統(tǒng)至關(guān)重要。電子商務(wù)網(wǎng)站、社交網(wǎng)路和銀行服務(wù)等線上平檯面臨大量資料和使用者請(qǐng)求。這種高要求不僅會(huì)為伺服器和資料庫(kù)帶來(lái)巨大的負(fù)載,還會(huì)顯著影響使用者體驗(yàn)。在這種情況下,實(shí)施快取系統(tǒng)可以成為提高效能和減少資源負(fù)載的有效解決方案。
在本文中,我們探討了結(jié)合 AVL 樹(shù)和 Redis 的高階快取系統(tǒng)的實(shí)作。該系統(tǒng)包括安全機(jī)制、TTL(生存時(shí)間)管理以及與 Redis 的集成,以增強(qiáng)性能和靈活性。目標(biāo)是利用這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)減輕它們的弱點(diǎn)。
重要提示:本文是在人工智慧的幫助下開(kāi)發(fā)的。
基於AVL樹(shù)的快取系統(tǒng)與Redis結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):
-
提高記憶效率:
- 智慧型TTL管理:透過(guò)使用AVL樹(shù)來(lái)管理資料過(guò)期,可以最佳化記憶體消耗,並防止保留陳舊資料。這在資料變化快、需要精確過(guò)期的場(chǎng)景下特別有用。
-
增強(qiáng)的安全性:
- 令牌驗(yàn)證:增加基於令牌的驗(yàn)證機(jī)制增強(qiáng)了Redis的安全性。這個(gè)額外的安全層可以防止對(duì)快取的未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn),從而增強(qiáng)整體系統(tǒng)的安全性。
-
進(jìn)階 TTL 管理:
- 自訂過(guò)期策略: AVL 樹(shù)允許實(shí)施 Redis 可能不支援的更複雜和客製化的過(guò)期策略。
-
多樣化的資料結(jié)構(gòu):
- 平衡樹(shù)組合:作為一種平衡資料結(jié)構(gòu),與 Redis 的預(yù)設(shè)資料結(jié)構(gòu)相比,AVL 樹(shù)可以為某些需要快速搜尋和排序的用例提供更好的效能。
-
增加靈活性和客製化:
- 更好的客製化:結(jié)合兩個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更廣泛的定制,從而能夠開(kāi)發(fā)更精確和針對(duì)特定應(yīng)用的解決方案。
缺點(diǎn):
-
增加的架構(gòu)複雜度:
- 管理兩個(gè)快取系統(tǒng):同時(shí)使用 Redis 和基於 AVL 樹(shù)的快取系統(tǒng)會(huì)增加架構(gòu)複雜性,並且需要兩個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)管理。
-
增加的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo):
- 額外延遲:新增額外的快取層可能會(huì)導(dǎo)致延遲。必須確保性能優(yōu)勢(shì)超過(guò)這些潛在的延遲。
-
資料維護(hù)與同步:
- 資料一致性:維護(hù)Redis和AVL樹(shù)之間的一致性和同步對(duì)於防止資料差異至關(guān)重要,需要複雜的同步機(jī)制。
-
更高的開(kāi)發(fā)與維護(hù)成本:
- 費(fèi)用增加:開(kāi)發(fā)和維護(hù)兩個(gè)快取系統(tǒng)需要更多資源和多樣化的專(zhuān)業(yè)知識(shí),可能會(huì)增加整體專(zhuān)案成本。
-
安全複雜性:
- 協(xié)調(diào)安全策略:確保在兩個(gè)系統(tǒng)中正確且一致地實(shí)施安全策略可能具有挑戰(zhàn)性。
利用AVL樹(shù)和Redis實(shí)現(xiàn)快取系統(tǒng)
下面,我們介紹一下這個(gè)快取系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)實(shí)作。此實(shí)作包括用於管理具有 TTL 功能的資料的 AVL 樹(shù)和用於快速資料儲(chǔ)存的 Redis。
1.帶有TTL的AVL樹(shù)
首先,我們實(shí)作具有TTL管理能力的AVL樹(shù)。
// src/utils/avltree.ts export class AVLNode { key: string; value: any; ttl: number; // Expiration time in milliseconds 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; 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); // Balancing the tree 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(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. 與Redis整合的快取服務(wù)(CacheService)
在本節(jié)中,我們實(shí)現(xiàn)了利用 AVL 樹(shù)和 Redis 進(jìn)行快取管理的快取服務(wù)。此外,我們也採(cǎi)用了令牌驗(yàn)證機(jī)制。
// src/cache/cache.service.ts import { Injectable, UnauthorizedException, InternalServerErrorException } from '@nestjs/common'; import { AVLTree } from '../utils/avltree'; import { InjectRedis, Redis } from '@nestjs-modules/ioredis'; @Injectable() export class CacheService { private avlTree: AVLTree; private authorizedTokens: Set<string> = new Set(['your_authorized_token']); // Authorized tokens constructor(@InjectRedis() private readonly redis: Redis) { this.avlTree = new AVLTree(); } validateToken(token: string): void { if (!this.authorizedTokens.has(token)) { throw new UnauthorizedException('Invalid access token'); } } async set(key: string, value: any, ttl: number, token: string): Promise<void> { this.validateToken(token); try { // Store in Redis await this.redis.set(key, JSON.stringify(value), 'PX', ttl); // Store in AVL Tree this.avlTree.insert(key, value, ttl); } catch (error) { throw new InternalServerErrorException('Failed to set cache'); } } async get(key: string, token: string): Promise<any> { this.validateToken(token); try { // First, attempt to retrieve from Redis const redisValue = await this.redis.get(key); if (redisValue) { return JSON.parse(redisValue); } // If not found in Redis, retrieve from AVL Tree const avlValue = this.avlTree.search(key); if (avlValue) { // Re-store in Redis for faster access next time // Assuming the remaining TTL is maintained in AVL Tree // For simplicity, we set a new TTL const newTtl = 60000; // 60 seconds as an example await this.redis.set(key, JSON.stringify(avlValue), 'PX', newTtl); return avlValue; } return null; } catch (error) { throw new InternalServerErrorException('Failed to get cache'); } } async delete(key: string, token: string): Promise<void> { this.validateToken(token); try { // Remove from Redis await this.redis.del(key); // Remove from AVL Tree this.avlTree.delete(key); } catch (error) { throw new InternalServerErrorException('Failed to delete cache'); } } }
3. API控制器(CacheController)
控制器管理對(duì)快取服務(wù)的 API 請(qǐng)求。
// src/cache/cache.controller.ts import { Controller, Get, Post, Delete, Body, Param, Query, HttpCode, HttpStatus } from '@nestjs/common'; import { CacheService } from './cache.service'; class SetCacheDto { key: string; value: any; ttl: number; // milliseconds token: string; } @Controller('cache') export class CacheController { constructor(private readonly cacheService: CacheService) {} @Post('set') @HttpCode(HttpStatus.CREATED) async setCache(@Body() body: SetCacheDto) { await this.cacheService.set(body.key, body.value, body.ttl, body.token); return { message: 'Data cached successfully' }; } @Get('get/:key') async getCache(@Param('key') key: string, @Query('token') token: string) { const value = await this.cacheService.get(key, token); return value ? { value } : { message: 'Key not found or expired' }; } @Delete('delete/:key') @HttpCode(HttpStatus.NO_CONTENT) async deleteCache(@Param('key') key: string, @Query('token') token: string) { await this.cacheService.delete(key, token); return { message: 'Key deleted successfully' }; } }
4.快取模組(CacheModule)
定義連接服務(wù)和控制器並注入Redis的快取模組。
// src/cache/cache.module.ts import { Module } from '@nestjs/common'; import { CacheService } from './cache.service'; import { CacheController } from './cache.controller'; import { RedisModule } from '@nestjs-modules/ioredis'; @Module({ imports: [ RedisModule.forRoot({ config: { host: 'localhost', port: 6379, // Other Redis configurations }, }), ], providers: [CacheService], controllers: [CacheController], }) export class CacheModule {}
5.Redis配置
要在 NestJS 專(zhuān)案中使用 Redis,我們使用 @nestjs-modules/ioredis 套件。首先,安裝軟體套件:
npm install @nestjs-modules/ioredis ioredis
然後,在CacheModule中配置Redis,如上所示。如果您需要更進(jìn)階的配置,可以使用單獨(dú)的設(shè)定檔。
6. 代幣驗(yàn)證機(jī)制
為了管理和驗(yàn)證代幣,可以採(cǎi)取各種策略。在這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)作中,令牌被維護(hù)在一個(gè)固定的集合中。對(duì)於較大的項(xiàng)目,建議使用 JWT(JSON Web Tokens)或其他進(jìn)階安全方法。
7. 錯(cuò)誤處理與輸入驗(yàn)證
在此實(shí)作中,DTO(資料傳輸物件)類(lèi)別用於輸入驗(yàn)證和錯(cuò)誤管理。此外,快取服務(wù)利用一般錯(cuò)誤處理來(lái)防止意外問(wèn)題。
8. 主應(yīng)用模組(AppModule)
最後,我們將快取模組加入到主應(yīng)用程式模組中。
// src/utils/avltree.ts export class AVLNode { key: string; value: any; ttl: number; // Expiration time in milliseconds 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; 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); // Balancing the tree 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(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; } }
9. 主應(yīng)用程式檔案(main.ts)
引導(dǎo) NestJS 的主應(yīng)用程式檔案。
// src/cache/cache.service.ts import { Injectable, UnauthorizedException, InternalServerErrorException } from '@nestjs/common'; import { AVLTree } from '../utils/avltree'; import { InjectRedis, Redis } from '@nestjs-modules/ioredis'; @Injectable() export class CacheService { private avlTree: AVLTree; private authorizedTokens: Set<string> = new Set(['your_authorized_token']); // Authorized tokens constructor(@InjectRedis() private readonly redis: Redis) { this.avlTree = new AVLTree(); } validateToken(token: string): void { if (!this.authorizedTokens.has(token)) { throw new UnauthorizedException('Invalid access token'); } } async set(key: string, value: any, ttl: number, token: string): Promise<void> { this.validateToken(token); try { // Store in Redis await this.redis.set(key, JSON.stringify(value), 'PX', ttl); // Store in AVL Tree this.avlTree.insert(key, value, ttl); } catch (error) { throw new InternalServerErrorException('Failed to set cache'); } } async get(key: string, token: string): Promise<any> { this.validateToken(token); try { // First, attempt to retrieve from Redis const redisValue = await this.redis.get(key); if (redisValue) { return JSON.parse(redisValue); } // If not found in Redis, retrieve from AVL Tree const avlValue = this.avlTree.search(key); if (avlValue) { // Re-store in Redis for faster access next time // Assuming the remaining TTL is maintained in AVL Tree // For simplicity, we set a new TTL const newTtl = 60000; // 60 seconds as an example await this.redis.set(key, JSON.stringify(avlValue), 'PX', newTtl); return avlValue; } return null; } catch (error) { throw new InternalServerErrorException('Failed to get cache'); } } async delete(key: string, token: string): Promise<void> { this.validateToken(token); try { // Remove from Redis await this.redis.del(key); // Remove from AVL Tree this.avlTree.delete(key); } catch (error) { throw new InternalServerErrorException('Failed to delete cache'); } } }
10. 測(cè)試和運(yùn)行應(yīng)用程式
實(shí)現(xiàn)所有元件後,您可以執(zhí)行應(yīng)用程式以確保其功能。
// src/cache/cache.controller.ts import { Controller, Get, Post, Delete, Body, Param, Query, HttpCode, HttpStatus } from '@nestjs/common'; import { CacheService } from './cache.service'; class SetCacheDto { key: string; value: any; ttl: number; // milliseconds token: string; } @Controller('cache') export class CacheController { constructor(private readonly cacheService: CacheService) {} @Post('set') @HttpCode(HttpStatus.CREATED) async setCache(@Body() body: SetCacheDto) { await this.cacheService.set(body.key, body.value, body.ttl, body.token); return { message: 'Data cached successfully' }; } @Get('get/:key') async getCache(@Param('key') key: string, @Query('token') token: string) { const value = await this.cacheService.get(key, token); return value ? { value } : { message: 'Key not found or expired' }; } @Delete('delete/:key') @HttpCode(HttpStatus.NO_CONTENT) async deleteCache(@Param('key') key: string, @Query('token') token: string) { await this.cacheService.delete(key, token); return { message: 'Key deleted successfully' }; } }
11. 樣品請(qǐng)求
設(shè)定快取:
// src/cache/cache.module.ts import { Module } from '@nestjs/common'; import { CacheService } from './cache.service'; import { CacheController } from './cache.controller'; import { RedisModule } from '@nestjs-modules/ioredis'; @Module({ imports: [ RedisModule.forRoot({ config: { host: 'localhost', port: 6379, // Other Redis configurations }, }), ], providers: [CacheService], controllers: [CacheController], }) export class CacheModule {}
取得快?。?/strong>
npm install @nestjs-modules/ioredis ioredis
刪除快?。?/strong>
// src/app.module.ts import { Module } from '@nestjs/common'; import { CacheModule } from './cache/cache.module'; @Module({ imports: [CacheModule], controllers: [], providers: [], }) export class AppModule {}
結(jié)合 Redis 和 AVL 基於樹(shù)的快取系統(tǒng)的合適用例
-
銀行與金融體系:
- 管理敏感會(huì)話和交易:高安全性和精確的 TTL 管理對(duì)於敏感的財(cái)務(wù)資料至關(guān)重要。將令牌安全性和智慧 TTL 管理相結(jié)合在此領(lǐng)域非常有益。
-
高流量電商平臺(tái):
- 儲(chǔ)存產(chǎn)品資料和管理購(gòu)物車(chē):優(yōu)化記憶體和提高資料存取速度對(duì)於增強(qiáng)亞馬遜等大型線上商店的使用者體驗(yàn)至關(guān)重要。
-
訊息和社交網(wǎng)路應(yīng)用程式:
- 儲(chǔ)存即時(shí)使用者狀態(tài):需要快速存取和精確的資料管理來(lái)顯示使用者的線上/離線狀態(tài)和訊息。
-
天氣和貨幣兌換應(yīng)用程式:
- API 快取以減少請(qǐng)求負(fù)載:透過(guò)精確的過(guò)期管理儲(chǔ)存複雜運(yùn)算的結(jié)果和即時(shí)數(shù)據(jù),為使用者提供最新且快速的資訊。
-
內(nèi)容管理系統(tǒng)與媒體平臺(tái):
- 快取高流量頁(yè)面和內(nèi)容:優(yōu)化對(duì)高瀏覽量?jī)?nèi)容的存取並減少伺服器負(fù)載,以提供更流暢的使用者體驗(yàn)。
-
分析應(yīng)用程式和即時(shí)儀表板:
- 儲(chǔ)存即時(shí)分析結(jié)果:使用多個(gè)快取提供快速且最新的分析數(shù)據(jù),以提高效能和結(jié)果準(zhǔn)確性。
結(jié)論
在本文中,我們?cè)?NestJS 框架內(nèi)使用 AVL 樹(shù)和 Redis 實(shí)現(xiàn)了高階快取系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供先進(jìn)的 TTL 管理、基於令牌的安全性和 Redis 集成,為高需求應(yīng)用程式提供了強(qiáng)大且靈活的解決方案。這兩種技術(shù)的結(jié)合利用了兩者的優(yōu)勢(shì),解決了 Redis 的弱點(diǎn)並增強(qiáng)了整體快取效能。
以上是透過(guò) NestJS 中的高級(jí)快取提高速度和效能:如何使用 AVL 樹(shù)和 Redis的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章!

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是的,javascriptcommentsarenectary和shouldshouldshouldseffectional.1)他們通過(guò)codeLogicAndIntentsgudedepleders,2)asevitalincomplexprojects,和3)handhanceClaritywithOutClutteringClutteringThecode。

Java和JavaScript是不同的編程語(yǔ)言,各自適用於不同的應(yīng)用場(chǎng)景。 Java用於大型企業(yè)和移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā),而JavaScript主要用於網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)。

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