高效Go緩存：HashMap與緩存數據分片

在Go語言中，實現高效的緩存系統可以使用HashMap和緩存數據分片的方法。以下是一個示例代碼，展示了如何使用這兩種技術來構建一個高效的緩存系統：

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

// CacheItem 是緩存項的結構體
type CacheItem struct {
	key   string
	value interface{}
	expire int64 // 過期時間戳
}

// LRUCache 是基于HashMap和緩存數據分片的LRU緩存實現
type LRUCache struct {
	capacity int           // 緩存容量
	cache    map[string]*CacheItem // HashMap存儲緩存項
	evictList *list.List      // 雙向鏈表用于維護訪問順序
	mu        sync.Mutex     // 互斥鎖用于保護共享資源
}

// NewLRUCache 創建一個新的LRU緩存實例
func NewLRUCache(capacity int) *LRUCache {
	return &LRUCache{
		capacity: capacity,
		cache:    make(map[string]*CacheItem),
		evictList: list.New(),
	}
}

// Get 獲取緩存項，如果不存在則返回nil
func (c *LRUCache) Get(key string) interface{} {
	c.mu.Lock()
	defer c.mu.Unlock()

	item, ok := c.cache[key]
	if !ok || item.expire < time.Now().UnixNano() {
		return nil
	}

	// 將訪問的緩存項移動到鏈表頭部
	c.evictList.MoveToFront(item)
	return item.value
}

// Put 將緩存項放入緩存，如果超出容量則移除最近最少使用的緩存項
func (c *LRUCache) Put(key string, value interface{}, ttl int64) {
	c.mu.Lock()
	defer c.mu.Unlock()

	if item, ok := c.cache[key]; ok {
		// 更新緩存項的值和過期時間
		item.value = value
		item.expire = time.Now().UnixNano() + ttl
		c.evictList.MoveToFront(item)
	} else {
		// 如果緩存已滿，移除最近最少使用的緩存項
		if c.evictList.Len() >= c.capacity {
			last := c.evictList.Back()
			delete(c.cache, last.Value.(*CacheItem).key)
			c.evictList.Remove(last)
		}

		// 添加新的緩存項
		item := &CacheItem{
			key:   key,
			value: value,
			expire: time.Now().UnixNano() + ttl,
		}
		c.cache[key] = item
		c.evictList.PushFront(item)
	}
}

func main() {
	cache := NewLRUCache(3)
	cache.Put("key1", "value1", 10)
	cache.Put("key2", "value2", 20)
	cache.Put("key3", "value3", 30)

	fmt.Println(cache.Get("key1")) // 輸出: value1
	cache.Put("key4", "value4", 40)   // 移除key2
	fmt.Println(cache.Get("key2")) // 輸出: nil
	fmt.Println(cache.Get("key3")) // 輸出: value3
	fmt.Println(cache.Get("key4")) // 輸出: value4
}

在這個示例中，我們定義了一個LRUCache結構體，它包含一個HashMap用于存儲緩存項，一個雙向鏈表用于維護訪問順序，以及一個互斥鎖用于保護共享資源。LRUCache提供了Get和Put方法，分別用于獲取緩存項和添加緩存項。當緩存已滿時，Put方法會移除最近最少使用的緩存項。