Dalam dunia hari ini, kepantasan dan kecekapan dalam menjawab permintaan adalah amat penting untuk sistem berskala besar dan trafik tinggi. Platform dalam talian seperti tapak web e-dagang, rangkaian sosial dan perkhidmatan perbankan menghadapi sejumlah besar data dan permintaan pengguna. Permintaan yang tinggi ini bukan sahaja meletakkan beban yang besar pada pelayan dan pangkalan data tetapi juga boleh memberi kesan yang ketara kepada pengalaman pengguna. Dalam konteks ini, melaksanakan sistem caching boleh menjadi penyelesaian yang berkesan untuk meningkatkan prestasi dan mengurangkan beban sumber.
Dalam artikel ini, kami meneroka pelaksanaan sistem caching lanjutan yang menggabungkan pepohon AVL dan Redis. Sistem ini termasuk mekanisme keselamatan, pengurusan TTL (Time to Live), dan penyepaduan dengan Redis untuk meningkatkan prestasi dan fleksibiliti. Matlamatnya adalah untuk memanfaatkan kelebihan kedua-dua teknologi sambil mengurangkan kelemahan mereka.
Nota Penting: Artikel ini dibangunkan dengan bantuan kecerdasan buatan.
Peningkatan Kecekapan Memori:
Keselamatan Dipertingkat:
Pengurusan TTL Lanjutan:
Struktur Data Pelbagai:
Peningkatan Fleksibiliti dan Penyesuaian:
Meningkatkan Kerumitan Seni Bina:
Peningkatan Overhed Masa:
Penyelenggaraan dan Penyegerakan Data:
Kos Pembangunan dan Penyelenggaraan yang Lebih Tinggi:
Kerumitan Keselamatan:
Di bawah, kami memperkenalkan pelaksanaan profesional sistem caching ini. Pelaksanaan ini termasuk pepohon AVL untuk mengurus data dengan keupayaan TTL dan Redis untuk penyimpanan data yang pantas.
Pertama, kami melaksanakan pokok AVL dengan keupayaan pengurusan TTL.
// 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; } }
Dalam bahagian ini, kami melaksanakan perkhidmatan cache yang menggunakan kedua-dua pepohon AVL dan Redis untuk pengurusan cache. Selain itu, kami menggabungkan mekanisme pengesahan token.
// 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'); } } }
Pengawal menguruskan permintaan API kepada perkhidmatan cache.
// 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' }; } }
Mentakrifkan modul cache yang menghubungkan perkhidmatan dan pengawal serta menyuntik Redis.
// 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 {}
Untuk menggunakan Redis dalam projek NestJS, kami menggunakan pakej @nestjs-modules/ioredis. Mula-mula, pasang pakej:
npm install @nestjs-modules/ioredis ioredis
Kemudian, konfigurasikan Redis dalam CacheModule seperti yang ditunjukkan di atas. Jika anda memerlukan konfigurasi yang lebih lanjut, anda boleh menggunakan fail konfigurasi yang berasingan.
Untuk mengurus dan mengesahkan token, pelbagai strategi boleh digunakan. Dalam pelaksanaan mudah ini, token dikekalkan dalam set tetap. Untuk projek yang lebih besar, adalah disyorkan untuk menggunakan JWT (JSON Web Token) atau kaedah keselamatan lanjutan yang lain.
Dalam pelaksanaan ini, kelas DTO (Data Transfer Object) digunakan untuk pengesahan input dan pengurusan ralat. Selain itu, perkhidmatan cache menggunakan pengendalian ralat umum untuk mengelakkan isu yang tidak dijangka.
Akhir sekali, kami menambah modul cache pada modul aplikasi utama.
// 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; } }
Fail aplikasi utama yang bootstrap NestJS.
// 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'); } } }
Selepas melaksanakan semua komponen, anda boleh menjalankan aplikasi untuk memastikan kefungsiannya.
// 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' }; } }
Tetapkan Cache:
// 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 {}
Dapatkan Cache:
npm install @nestjs-modules/ioredis ioredis
Padam Cache:
// src/app.module.ts import { Module } from '@nestjs/common'; import { CacheModule } from './cache/cache.module'; @Module({ imports: [CacheModule], controllers: [], providers: [], }) export class AppModule {}
Sistem Perbankan dan Kewangan:
Platform E-dagang Trafik Tinggi:
Aplikasi Pemesejan dan Rangkaian Sosial:
Aplikasi Cuaca dan Pertukaran Mata Wang:
Sistem Pengurusan Kandungan dan Platform Media:
Aplikasi Analisis dan Papan Pemuka Masa Nyata:
Dalam artikel ini, kami melaksanakan sistem caching lanjutan menggunakan pepohon AVL dan Redis dalam rangka kerja NestJS. Sistem ini, menawarkan pengurusan TTL lanjutan, keselamatan berasaskan token, dan integrasi Redis, menyediakan penyelesaian yang teguh dan fleksibel untuk aplikasi permintaan tinggi. Gabungan kedua-dua teknologi ini memanfaatkan kekuatan kedua-duanya, menangani kelemahan Redis dan meningkatkan prestasi caching keseluruhan.
Atas ialah kandungan terperinci Meningkatkan Kelajuan dan Prestasi dengan Caching Lanjutan dalam NestJS: Cara Menggunakan AVL Trees dan Redis. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!