高效Go缓存：HashMap与缓存数据分片

在Go语言中，实现高效的缓存系统可以使用HashMap和缓存数据分片的方法。以下是一个示例代码，展示了如何使用这两种技术来构建一个高效的缓存系统：

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

// CacheItem 是缓存项的结构体
type CacheItem struct {
	key   string
	value interface{}
	expire int64 // 过期时间戳
}

// LRUCache 是基于HashMap和缓存数据分片的LRU缓存实现
type LRUCache struct {
	capacity int           // 缓存容量
	cache    map[string]*CacheItem // HashMap存储缓存项
	evictList *list.List      // 双向链表用于维护访问顺序
	mu        sync.Mutex     // 互斥锁用于保护共享资源
}

// NewLRUCache 创建一个新的LRU缓存实例
func NewLRUCache(capacity int) *LRUCache {
	return &LRUCache{
		capacity: capacity,
		cache:    make(map[string]*CacheItem),
		evictList: list.New(),
	}
}

// Get 获取缓存项，如果不存在则返回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
	}

	// 将访问的缓存项移动到链表头部
	c.evictList.MoveToFront(item)
	return item.value
}

// Put 将缓存项放入缓存，如果超出容量则移除最近最少使用的缓存项
func (c *LRUCache) Put(key string, value interface{}, ttl int64) {
	c.mu.Lock()
	defer c.mu.Unlock()

	if item, ok := c.cache[key]; ok {
		// 更新缓存项的值和过期时间
		item.value = value
		item.expire = time.Now().UnixNano() + ttl
		c.evictList.MoveToFront(item)
	} else {
		// 如果缓存已满，移除最近最少使用的缓存项
		if c.evictList.Len() >= c.capacity {
			last := c.evictList.Back()
			delete(c.cache, last.Value.(*CacheItem).key)
			c.evictList.Remove(last)
		}

		// 添加新的缓存项
		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")) // 输出: value1
	cache.Put("key4", "value4", 40)   // 移除key2
	fmt.Println(cache.Get("key2")) // 输出: nil
	fmt.Println(cache.Get("key3")) // 输出: value3
	fmt.Println(cache.Get("key4")) // 输出: value4
}

在这个示例中，我们定义了一个LRUCache结构体，它包含一个HashMap用于存储缓存项，一个双向链表用于维护访问顺序，以及一个互斥锁用于保护共享资源。LRUCache提供了Get和Put方法，分别用于获取缓存项和添加缓存项。当缓存已满时，Put方法会移除最近最少使用的缓存项。