Python基于内存缓存的实现

整体设计思路是使用字典来进行存储键值对。
过期时间？想要知道一个缓存的 key 是否失效，就必须知道这个 key 是啥时候放进去的，所以需要有一个 put_time 记录；
同时需要设置失效时间，所以还需要一个多长时间失效的 expired 记录；

那么现在的字典格式就变成了：

{ key: [value, put_time, expired]}

后面的 list 可以进一步封装为一个 Value 对象

class Value:
    def __init__(self, value, put_time, expired):
        """
        :param value: 具体的值
        :param put_time: 放入缓存的时间
        :param expired: 缓存失效时间
        """
        self.value = value
        self.put_time = put_time
        self.expired = expired

现在字典的样子就变成了：

{ key: Value(value, put_time, expired) }

1，取值放值逻辑

# 放值的时候需要设置一下「放入的时间」和「过期时间」还有「具体的值」这三个字段
def set_value(self, k, v, expired):
    """
    :param k: 缓存的 key
    :param v: 缓存值
    :param expired: 缓存失效时间，单位秒(s)
    """
    current_timestamp = int(time.time())  # 获取当前时间戳
    value = Value(v, current_timestamp, expired)
    self.__cache[k] = value
    logger.info("已放入缓存, key: {} {}", k, value)

# 取值的时候需要检查是否过期,过期：删除 key，不让它占内存了;不过期：去除 key 对应的 value 返回
def check_key(self, k):
    """
    :param k: 缓存 key
    :return: True or False
    """
    current_timestamp = int(time.time())
    value = self.__cache.get(k, None)
    # 考虑k不存在的情况
    if value is None:
        return False
    differ = current_timestamp - value.put_time
    if differ > value.expired:
        del self.__cache[k]  # 证明缓存失效了，删除键值对
        logger.info("缓存已失效, key: {}", k)
        return False
    return True

def get_value(self, k):
    """
    :param k: key
    :return: value
    """
    if self.check_key(k):
        return self.__cache[k].value
    return None

2，如何全局使用一个缓存对象呢？

python 的模块就是天然的单例模式，因为模块在第一次导入时，会生成 .pyc 文件，当第二次导入时，就会直接加载 .pyc 文件，而不会再次执行模块代码。因此，我们只需把相关的函数和数据定义在一个模块中，就可以获得一个单例对象了。如果我们真的想要一个单例类，可以考虑这样做：

class Singleton(object):
    def foo(self):
        pass
singleton = Singleton()

使用：

from a import singleton # 调的是类实例化出来的的对象singleton，而不是类Singleton

3，整体代码

# filename:cache.py
import time
from loguru import logger # 第三方日志模块，需要安装 pip3 install loguru


class Value:
    def __init__(self, value, put_time, expired):
        """
        缓存值对象
        :param value: 具体的值
        :param put_time: 放入缓存的时间
        :param expired: 缓存失效时间
        """
        self.value = value
        self.put_time = put_time
        self.expired = expired

    def __str__(self):
        return f"value: {self.value}  put_time: {self.put_time}  expired: {self.expired}"


class MemoryCache:

    def __init__(self):
        self.__cache = {}

    def set_value(self, k, v, expired):
        """
        将值放入缓存中
        :param k: 缓存的 key
        :param v: 缓存值
        :param expired: 缓存失效时间，单位秒(s)
        """
        current_timestamp = int(time.time())  # 获取当前时间戳
        value = Value(v, current_timestamp, expired)
        self.__cache[k] = value
        logger.info("已放入缓存, key: {} {}", k, value)

    def check_key(self, k):
        """
        检查缓存是否可用
        :param k: 缓存 key
        :return: True or False
        """
        current_timestamp = int(time.time())
        value = self.__cache.get(k, None)
        # 考虑k不存在的情况
        if value is None:
            return False
        differ = current_timestamp - value.put_time
        if differ > value.expired:
            del self.__cache[k]  # 证明缓存失效了，删除键值对
            logger.info("缓存已失效, key: {}", k)
            return False
        return True

    def get_value(self, k):
        """
        通过缓存key获取值
        :param k: key
        :return: value
        """
        if self.check_key(k):
            return self.__cache[k].value
        return None


memory_cache = MemoryCache()

使用

# 测试放入一个 3 秒过期的缓存，再放入一个 6 秒过期的，然后 sleep 5 秒
# 看看 6 秒过期的缓存是否可以正常取出，3 秒过期的缓存是否失效，进行验证
# filename:test.py
import time
from cache import memory_cache
memory_cache.set_value('my_blog', 'sunnyc.icu', 3)  # 设置一个 3 秒过期的键值对
memory_cache.set_value('my_github', 'hczs', 6)  # 设置一个 6 秒过期的键值对
time.sleep(5)
print('my_blog: ', memory_cache.get_value('my_blog'))
print('my_github: ', memory_cache.get_value('my_github'))

# 测试结果
2022-08-30 10:53:34.021 | INFO     | cache:set_value:43 - 已放入缓存, key: my_blog value: sunnyc.icu  put_time: 1647658414  expired: 3
2022-08-30 10:53:34.021 | INFO     | cache:set_value:43 - 已放入缓存, key: my_github value: hczs  put_time: 1647658414  expired: 6
my_blog:  None
my_github:  hczs
2022-08-30 10:53:39.032 | INFO     | cache:check_key:60 - 缓存已失效, key: my_blog