Heim >Web-Frontend >js-Tutorial >Steigern Sie Geschwindigkeit und Leistung mit erweitertem Caching in NestJS: Verwendung von AVL-Bäumen und Redis
In der heutigen Welt sind Geschwindigkeit und Effizienz bei der Beantwortung von Anfragen für große und stark frequentierte Systeme von größter Bedeutung. Online-Plattformen wie E-Commerce-Websites, soziale Netzwerke und Bankdienstleistungen sind mit einem riesigen Datenvolumen und Benutzeranfragen konfrontiert. Diese hohe Nachfrage stellt nicht nur eine erhebliche Belastung für Server und Datenbanken dar, sondern kann auch die Benutzererfahrung erheblich beeinträchtigen. In diesem Zusammenhang kann die Implementierung eines Caching-Systems eine wirksame Lösung sein, um die Leistung zu verbessern und die Ressourcenbelastung zu reduzieren.
In diesem Artikel untersuchen wir die Implementierung eines erweiterten Caching-Systems, das AVL-Bäume und Redis kombiniert. Dieses System umfasst Sicherheitsmechanismen, TTL-Management (Time to Live) und die Integration mit Redis, um Leistung und Flexibilität zu verbessern. Ziel ist es, die Vorteile beider Technologien zu nutzen und gleichzeitig ihre Schwächen zu mildern.
Wichtiger Hinweis: Dieser Artikel wurde mit Hilfe künstlicher Intelligenz entwickelt.
Verbesserte Gedächtnisleistung:
Erhöhte Sicherheit:
Erweiterte TTL-Verwaltung:
Verschiedene Datenstrukturen:
Erhöhte Flexibilität und Anpassung:
Erhöhte architektonische Komplexität:
Erhöhter Zeitaufwand:
Datenpflege und Synchronisierung:
Höhere Entwicklungs- und Wartungskosten:
Sicherheitskomplexität:
Im Folgenden stellen wir die professionelle Implementierung dieses Caching-Systems vor. Diese Implementierung umfasst einen AVL-Baum zum Verwalten von Daten mit TTL-Funktionen und Redis für eine schnelle Datenspeicherung.
Zuerst implementieren wir den AVL-Baum mit TTL-Verwaltungsfunktionen.
// 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; } }
In diesem Abschnitt implementieren wir den Cache-Dienst, der sowohl den AVL-Baum als auch Redis für die Cache-Verwaltung nutzt. Darüber hinaus integrieren wir einen Token-Validierungsmechanismus.
// 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'); } } }
Der Controller verwaltet API-Anfragen an den Cache-Dienst.
// 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' }; } }
Definiert das Cache-Modul, das den Dienst und den Controller verbindet und Redis einfügt.
// 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 {}
Um Redis im NestJS-Projekt zu verwenden, verwenden wir das Paket @nestjs-modules/ioredis. Installieren Sie zunächst das Paket:
npm install @nestjs-modules/ioredis ioredis
Konfigurieren Sie dann Redis im CacheModule wie oben gezeigt. Wenn Sie erweiterte Konfigurationen benötigen, können Sie separate Konfigurationsdateien verwenden.
Für die Verwaltung und Validierung von Token können verschiedene Strategien eingesetzt werden. In dieser einfachen Implementierung werden Token in einem festen Satz verwaltet. Für größere Projekte wird empfohlen, JWT (JSON Web Tokens) oder andere erweiterte Sicherheitsmethoden zu verwenden.
In dieser Implementierung werden DTO-Klassen (Data Transfer Object) zur Eingabevalidierung und Fehlerverwaltung verwendet. Darüber hinaus nutzt der Cache-Dienst eine allgemeine Fehlerbehandlung, um unerwartete Probleme zu verhindern.
Schließlich fügen wir das Cache-Modul zum Hauptanwendungsmodul hinzu.
// 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; } }
Die Hauptanwendungsdatei, die NestJS bootet.
// 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'); } } }
Nachdem Sie alle Komponenten implementiert haben, können Sie die Anwendung ausführen, um ihre Funktionalität sicherzustellen.
// 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' }; } }
Cache festlegen:
// 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 {}
Cache abrufen:
npm install @nestjs-modules/ioredis ioredis
Cache löschen:
// src/app.module.ts import { Module } from '@nestjs/common'; import { CacheModule } from './cache/cache.module'; @Module({ imports: [CacheModule], controllers: [], providers: [], }) export class AppModule {}
Bank- und Finanzsysteme:
Hochfrequentierte E-Commerce-Plattformen:
Messaging- und Social-Networking-Anwendungen:
Wetter- und Währungsumtauschanwendungen:
Content-Management-Systeme und Medienplattformen:
Analytische Anwendungen und Echtzeit-Dashboards:
In diesem Artikel haben wir ein erweitertes Caching-System mithilfe von AVL-Bäumen und Redis innerhalb des NestJS-Frameworks implementiert. Dieses System bietet erweitertes TTL-Management, tokenbasierte Sicherheit und Redis-Integration und bietet eine robuste und flexible Lösung für Anwendungen mit hoher Nachfrage. Die Kombination dieser beiden Technologien nutzt die Stärken beider, behebt die Schwächen von Redis und verbessert die Gesamtcaching-Leistung.
Das obige ist der detaillierte Inhalt vonSteigern Sie Geschwindigkeit und Leistung mit erweitertem Caching in NestJS: Verwendung von AVL-Bäumen und Redis. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!