Go緩存設(shè)計(jì)：HashMap與緩存雪崩預(yù)防

在Go語言中，設(shè)計(jì)一個(gè)高效的緩存系統(tǒng)是一個(gè)常見的任務(wù)。緩存可以顯著提高應(yīng)用程序的性能，特別是在處理大量數(shù)據(jù)和高并發(fā)請(qǐng)求時(shí)。下面是一個(gè)使用Go語言實(shí)現(xiàn)的緩存系統(tǒng)示例，結(jié)合了HashMap和緩存雪崩預(yù)防策略。

1. 基本緩存系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先，我們定義一個(gè)基本的緩存結(jié)構(gòu)體，使用sync.Map來存儲(chǔ)鍵值對(duì)。sync.Map是Go語言提供的線程安全的map類型，適合在并發(fā)環(huán)境中使用。

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

type Cache struct {
	store sync.Map
}

func NewCache() *Cache {
	return &Cache{}
}

func (c *Cache) Get(key interface{}) (interface{}, bool) {
	value, ok := c.store.Load(key)
	if !ok {
		return nil, false
	}
	return value, true
}

func (c *Cache) Set(key, value interface{}, ttl time.Duration) {
	c.store.Store(key, value)
}

func (c *Cache) Delete(key interface{}) {
	c.store.Delete(key)
}

2. 緩存雪崩預(yù)防策略

緩存雪崩是指緩存中大量數(shù)據(jù)在同一時(shí)間過期，導(dǎo)致大量請(qǐng)求同時(shí)訪問數(shù)據(jù)庫或其他存儲(chǔ)系統(tǒng)，從而引發(fā)性能問題。為了預(yù)防緩存雪崩，我們可以采取以下策略：

2.1 隨機(jī)過期時(shí)間

為每個(gè)緩存的過期時(shí)間添加隨機(jī)值，使得不同鍵的過期時(shí)間不會(huì)集中在同一時(shí)刻。

import (
	"math/rand"
	"time"
)

func randomTTL() time.Duration {
	min := time.Minute
	max := 5 * time.Minute
	return min + time.Duration(rand.Intn(int(max-min)))
}

func (c *Cache) SetWithRandomTTL(key, value interface{}, baseTTL time.Duration) {
	ttl := randomTTL() + baseTTL
	c.store.Store(key, value)
}

2.2 分布式鎖

在分布式系統(tǒng)中，可以使用分布式鎖來確保同一時(shí)間只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以設(shè)置緩存過期時(shí)間。這可以通過Redis等分布式鎖解決方案來實(shí)現(xiàn)。

import (
	"github.com/go-redis/redis/v8"
	"context"
	"time"
)

var ctx = context.Background()

type RedisLock struct {
	client *redis.Client
}

func NewRedisLock(client *redis.Client) *RedisLock {
	return &RedisLock{client: client}
}

func (l *RedisLock) Lock(key string) error {
	return l.client.SetNX(ctx, key, "locked", 10*time.Second).Err()
}

func (l *RedisLock) Unlock(key string) error {
	script := `
	if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then
		return redis.call("del", KEYS[1])
	else
		return 0
	end
	`
	_, err := l.client.Eval(ctx, script, []string{key}, "locked").Result()
	return err
}

3. 完整示例

結(jié)合上述策略，我們可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的緩存系統(tǒng)示例：

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"sync"
	"time"

	"github.com/go-redis/redis/v8"
)

var ctx = context.Background()

type Cache struct {
	store sync.Map
}

func NewCache() *Cache {
	return &Cache{}
}

func (c *Cache) Get(key interface{}) (interface{}, bool) {
	value, ok := c.store.Load(key)
	if !ok {
		return nil, false
	}
	return value, true
}

func (c *Cache) Set(key, value interface{}, ttl time.Duration) {
	c.store.Store(key, value)
}

func (c *Cache) Delete(key interface{}) {
	c.store.Delete(key)
}

type RedisLock struct {
	client *redis.Client
}

func NewRedisLock(client *redis.Client) *RedisLock {
	return &RedisLock{client: client}
}

func (l *RedisLock) Lock(key string) error {
	return l.client.SetNX(ctx, key, "locked", 10*time.Second).Err()
}

func (l *RedisLock) Unlock(key string) error {
	script := `
	if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then
		return redis.call("del", KEYS[1])
	else
		return 0
	end
	`
	_, err := l.client.Eval(ctx, script, []string{key}, "locked").Result()
	return err
}

func main() {
	cache := NewCache()
	redisClient := redis.NewClient(&redis.Options{
		Addr:     "localhost:6379",
		Password: "", // no password set
		DB:       0,  // use default DB
	})

	lock := NewRedisLock(redisClient)

	// Set cache with random TTL
	cache.SetWithRandomTTL("key1", "value1", 10*time.Minute)

	// Simulate a request to get the cache value
	value, ok := cache.Get("key1")
	if ok {
		fmt.Println("Cache hit:", value)
	} else {
		fmt.Println("Cache miss")
	}

	// Simulate a request to set a new cache value with random TTL
	cache.SetWithRandomTTL("key2", "value2", 10*time.Minute)

	// Simulate a request to get the cache value
	value, ok = cache.Get("key2")
	if ok {
		fmt.Println("Cache hit:", value)
	} else {
		fmt.Println("Cache miss")
	}
}

這個(gè)示例展示了如何使用Go語言實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本的緩存系統(tǒng)，并結(jié)合隨機(jī)過期時(shí)間和分布式鎖來預(yù)防緩存雪崩。