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Go语言实现lru淘汰策略和超时过期

作者：洛语言

缓存的大小是有限的,当添加数据发现剩余缓存不够时,需要淘汰缓存中的部分数据,本文主要介绍了Go语言实现lru淘汰策略和超时过期,感兴趣的可以了解一下

lru淘汰策略

缓存的大小是有限的，当添加数据发现剩余缓存不够时，需要淘汰缓存中的部分数据。如何选择性的淘汰缓存中的数据呢？常用方法有以下三种。

这里我们只实现LRU淘汰策略。

lru的实现需要用到两个数据结构：双向循环链表和一个字典map，双向循环链表是缓存内容的主要存放位置，并且借助双向循环链表 来实现数据淘汰。字典map存放的是指向链表节点的指针，便于在链表中查询缓存。

每当我们添加数据时，将数据插入链表头部，同时将节点的指针存储到map中。当我们查询数据时，通过key在map中获取对应节点的指针，然后将该节点放到链表的头部，并返回数据。当缓存淘汰数据时，只需要将链表尾部的数据剔除，并删除map中对应节点的指针。

通过以上方案可以实现lru淘汰策略。但是lru淘汰策略还存在很大问题，数据的剔除是由lru算法决定的，使用者并不能决定何时淘汰。如果旧数据一直不被剔除，就可能造成数据并不一致问题。所以接下来在lru的基础上实现超时淘汰。

超时淘汰

实现超时淘汰我们需要增加一个字典map来维护，当我们添加数据时需要指定数据的过期时间，设置为负数表示永不过期。设置了过期时间的数据(过期时间为非负数)也要加入这个map。
接下来要考略的就是什么时候剔除过期数据，这里有三种方案：

这里为参考了Redis的超时淘汰策略，将惰性删除和定期删除结合使用。每当获取数据时会查看该数据是否过期，如果过期就将该数据删除。与此同时，会另外开启一个协程，定期的从缓存中抽取部分数据，删除过期数据。

代码实现

my-cache2/evict/cache.go

type Value interface {
	Len() int
}

type entity struct {
	key string
	v   Value
	ddl int64
}

type Cache struct {
	maxBytes      uint64
	uBytes        uint64
	ll            *list.List
	allDataMap    map[string]*list.Element
	expireDataMap map[string]*list.Element
}

实例化缓存

func NewCache(maxBytes uint64) *Cache {
	return &Cache{
		maxBytes:   maxBytes,
		ll:         new(list.List),
		allDataMap: make(map[string]*list.Element),
	}
}

在实例化缓存时并没有初始化expireDataMap，是因为这里会使用延迟加载，当第一个设置了过期时间的数据被添加时，这个map才会被初始化。

添加数据

func (c *Cache) Add(key string, v Value, expire int64) error {
	if c.allDataMap[key] != nil{
		c.remove(key)
	}
	vBytes := uint64(v.Len()) + uint64(len([]byte(key)))
	if vBytes > c.maxBytes-c.uBytes {
		if vBytes > c.maxBytes {
			return fmt.Errorf("%s is not find in cache", key)
		}
		c.RemoveOldest()
		return c.Add(key, v, expire)
	}
	var ddl int64 = -1
	if expire > 0 {
		ddl = time.Now().Unix() + expire
	}
	e := c.ll.PushFront(&entity{key, v, ddl})
	c.uBytes += vBytes
	c.allDataMap[key] = e
	if expire > 0 {
		if c.expireDataMap == nil {
			c.expireDataMap = make(map[string]*list.Element)
		}
		c.expireDataMap[key] = e
	}
	return nil

}

删除缓存

func (c *Cache) RemoveOldest() {
	back := c.ll.Back()
	c.ll.Remove(back)
	e := back.Value.(*entity)
	delete(c.allDataMap, e.key)
	delete(c.expireDataMap, e.key)
	c.uBytes -= uint64(back.Value.(*entity).v.Len()) + uint64(len(e.key))
}
func (c *Cache) remove(key string) {
	element := c.allDataMap[key]
	c.ll.MoveToBack(element)
	c.RemoveOldest()
}

获取缓存

func (c *Cache) Get(key string) (Value, error) {
	element := c.allDataMap[key]
	if element == nil {
		return nil, fmt.Errorf("%s is not find in cache", key)
	}
	entity := element.Value.(*entity)
	if entity.ddl > 0 && entity.ddl < time.Now().Unix() {
		c.remove(key)
		return nil, fmt.Errorf("%s is not find in cache", key)
	}
	c.ll.MoveToFront(element)
	return entity.v, nil
}

定期删除

func (c *Cache) DeleteExpired() {
	go func() {
		for true {
			if c.expireDataMap == nil {
				time.Sleep(1 * time.Second)
				continue
			}
			count := 20
			expired := 0
			for _, v := range c.expireDataMap {
				if count <= 0 {
					break
				}
				e := v.Value.(*entity)
				if e.ddl <= time.Now().Unix() {
					expired++
					c.remove(e.key)
				}
				count--
			}
			if expired < 5 {
				time.Sleep(1 * time.Second)
			}
		}
	}()
}

测试

func (c *Cache) Print() {
	fmt.Println("allDataMap:")
	for _, v := range c.allDataMap {
		fmt.Printf("%v  ", v.Value.(*entity).key)
	}
	fmt.Println("\nexpireDataMap")
	for _, v := range c.expireDataMap {
		fmt.Printf("%v  ", v.Value.(*entity).key)
	}
	fmt.Println()
}

func (c *Cache) Len() int {
	return len(c.allDataMap)
}

在cache.go中实现这两个函数是为了更好的进行测试。

my-cache2/test/cache_test.go

type v struct {
	s string
}

func (v v) Len() int {
	return len(v.s)
}

// 测试对url剔除、对设置超时时间和未设置超时时间进行分组
func TestCache1(t *testing.T) {
	cache := evict.NewCache(20)
	cache.Add("12", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("34", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("56", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("78", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("90", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("91", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("92", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("93", v{"ab"}, -1)
	cache.Add("94", v{"ab"}, -1)
	cache.Add("95", v{"ab"}, -1)
	cache.Print()
}

// 测式定时随机剔除
func TestCache2(t *testing.T) {
	cache := evict.NewCache(20)
	cache.DeleteExpired()
	cache.Add("12", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("34", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("56", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("78", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("90", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("95", v{"ab"}, -1)
	cache.Print()
	time.Sleep(4 * time.Second)
	cache.Print()
}
//测试Get不会删除未过期数据，但是会删除过期数据
func TestCache3(t *testing.T) {
	cache := evict.NewCache(20)
	cache.Add("12", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("34", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("56", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("78", v{"ab"}, 2)
	cache.Add("90", v{"ab"}, 2)
	fmt.Println(cache.Get("12"))
	fmt.Println(cache.Get("34"))
	fmt.Println(cache.Get("56"))
	fmt.Println(cache.Get("78"))
	fmt.Println(cache.Get("90"))
	time.Sleep(4 * time.Second)
	fmt.Println(cache.Get("12"))
	fmt.Println(cache.Get("34"))
	fmt.Println(cache.Get("56"))
	fmt.Println(cache.Get("78"))
	fmt.Println(cache.Get("90"))
	cache.Print()
}

=== RUN   TestCache1
allDataMap:
93  94  95  91  92  
expireDataMap
91  92  
--- PASS: TestCache1 (0.00s)
PASS


=== RUN   TestCache2
allDataMap:
56  78  90  95  34  
expireDataMap
34  56  78  90  
allDataMap:
95  
expireDataMap

--- PASS: TestCache2 (4.00s)
PASS


=== RUN   TestCache3
{ab} <nil>
{ab} <nil>
{ab} <nil>
{ab} <nil>
{ab} <nil>
<nil> 12 is not find in cache
<nil> 34 is not find in cache
<nil> 56 is not find in cache
<nil> 78 is not find in cache
<nil> 90 is not find in cache
allDataMap:

expireDataMap

--- PASS: TestCache3 (4.01s)
PASS

到此这篇关于Go语言实现lru淘汰策略和超时过期的文章就介绍到这了,更多相关Go语言 lru淘汰策略和超时过期内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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