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高性能 Go 语言带 TTL 的内存缓存实现：精确过期、自动刷新、并发安全

news 2025/10/18 9:10:36

在高并发服务开发中，内存缓存是提升性能的关键组件。而支持自动过期（TTL）的缓存更是常见需求。本文将介绍一种基于 Go 语言实现的高性能、并发安全、支持过期时间自动刷新的内存缓存方案，并附完整源码、测试用例及性能分析。

🎯 设计目标

所有条目使用统一的全局 TTL（Time-To-Live）
Set(key, value) 会重置该 key 的过期时间
过期后自动删除，无需手动清理
并发安全：支持多 goroutine 同时读写
高性能：读操作零分配，写操作开销可控
精确过期：避免"提前误删"或"延迟删除"

🧠 核心思路：为每个 Key 绑定独立 Timer

传统方案常使用后台协程轮询 + 堆（heap）管理过期时间，但存在两个问题：

同一个 key 多次 Set 会导致堆中冗余项；
旧的过期计划可能误删刚被刷新的 key。

我们采用更简洁、精确的方案：

每次 Set 时，为该 key 启动一个 time.Timer，在 TTL 后自动删除。若 key 被再次 Set，则取消旧 Timer，启动新 Timer。

Go 的 time.Timer 由 runtime 高效管理，轻量且精确，非常适合此场景。

📦 完整源码 (cache.go)

// cache.go
package timecacheimport ("sync""time"
)// Cache is a thread-safe in-memory cache with fixed TTL.
type Cache[T any] struct {items  map[string]Ttimers map[string]*time.Timermu     sync.RWMutexttl    time.Duration
}// NewCache creates a new cache with the given TTL.
// Panics if ttl <= 0.
func NewCache[T any](ttl time.Duration) *Cache[T] {if ttl <= 0 {panic("TTL must be positive")}return &Cache[T]{items:  make(map[string]T),timers: make(map[string]*time.Timer),ttl:    ttl,}
}// Set stores a value and resets its expiration timer.
func (c *Cache[T]) Set(key string, value T) {c.mu.Lock()defer c.mu.Unlock()// Cancel existing timer if anyif timer, exists := c.timers[key]; exists {timer.Stop()delete(c.timers, key)}// Store valuec.items[key] = value// Schedule expirationtimer := time.AfterFunc(c.ttl, func() {c.mu.Lock()defer c.mu.Unlock()// Double-check existence to avoid raceif _, exists := c.items[key]; exists {delete(c.items, key)// timers[key] already deleted above, but safe to double-delete}})c.timers[key] = timer
}// Get returns the value if it exists and has not expired.
func (c *Cache[T]) Get(key string) (T, bool) {c.mu.RLock()defer c.mu.RUnlock()if val, ok := c.items[key]; ok {return val, true}var zero Treturn zero, false
}// Delete removes a key immediately and cancels its timer.