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10.5 小项目:如何用 JavaScript 实现一个高效的时间+Token过期容器？

news 2025/10/27 12:03:18

在开发中，我们经常会遇到需要临时存储数据并定时过期的场景，比如：

用户登录后的临时 Token 缓存
短信验证码的有效期管理
接口限流中的请求记录
临时会话状态存储

这类需求通常具备以下特点：

存储 token 值和其生成时间
时间可能重复（多个 token 同时生成）
需要 快速判断某个 token 是否存在
数据在 20 分钟后自动过期并清除

一、需求拆解

我们明确一下核心需求：

需求	描述
✅ 存储结构	每条记录包含：`token`（字符串） + `timestamp`（时间戳）
✅ 时间可重复	允许多个 token 在同一时间生成
✅ 快速查询	能在 O(1) 时间内判断某个 token 是否存在
✅ 自动过期	所有数据在插入后 20 分钟自动失效
✅ 高效清理	定期清理过期数据，不影响主线程性能

常见实现方式对比

方案 1：仅用数组存储（不推荐）

const tokens = [];
tokens.push({ token: 'abc', timestamp: Date.now() });

❌ 查询 token：需遍历数组，O(n)
❌ 清理过期：每次都要全量扫描
❌ 性能差，不适合高频查询

方案 2：`Map` + `setTimeout`（精确但开销大）

为每个 token 设置一个 setTimeout，20 分钟后删除。

✅ 删除精确到毫秒
❌ 内存开销大：每个 token 一个定时器
❌ 大量 token 时可能导致事件循环阻塞

✅ 方案 3：`Set` + 时间队列 + 定时扫描（推荐）

使用 Set 快速判断 token 是否存在（O(1)）
使用数组（队列）按插入顺序存储 {token, timestamp}
启动一个定时器，定期扫描并清理过期数据

⭐ 这是本文推荐的平衡性能与资源消耗的最佳实践。

✅ 核心设计思路

快速查找 token：使用 Set 或 Map 来存储 token，实现 O(1) 时间复杂度的查找。
处理重复时间 & 存储时间：将时间戳和 token 一起存储，并通过一个列表或队列维护插入顺序，以便按时间清理。
定时清除过期数据：使用一个定时器（setInterval）每隔几分钟扫描一次，清除超过 20 分钟的数据。

✅ 推荐实现：使用 `Set` + 时间队列

class TokenExpiryContainer {constructor() {this.tokenSet = new Set();           // 用于 O(1) 快速判断 token 是否存在this.tokenQueue = [];                // 存储 { token, timestamp }，按插入时间排序this.EXPIRY_MS = 20 * 60 * 1000;     // 20分钟过期this.CLEAN_INTERVAL = 10 * 60 * 1000; // 每10分钟检查一次过期数据（可调）// 启动定时清理this.startCleaner();}/*** 添加 token 和时间* @param {string} token* @param {number} timestamp - 时间戳（毫秒），默认为当前时间*/add(token, timestamp = Date.now()) {// 如果 token 已存在，无需重复添加if (this.has(token)) return;this.tokenSet.add(token);this.tokenQueue.push({ token, timestamp });}/*** 判断 token 是否存在（未过期）* @param {string} token* @returns {boolean}*/has(token) {return this.tokenSet.has(token);}/*** 获取所有未过期的 token* @returns {string[]}*/getAllTokens() {const now = Date.now();return this.tokenQueue.filter(item => now - item.timestamp < this.EXPIRY_MS).map(item => item.token);}/*** 启动定时清理任务*/startCleaner() {setInterval(() => {this.cleanupExpired();}, this.CLEAN_INTERVAL);}/*** 清理过期数据*/cleanupExpired() {const now = Date.now();const expiryTime = now - this.EXPIRY_MS;let removedCount = 0;// 由于 tokenQueue 是按时间顺序插入的，我们可以从头部开始清理while (this.tokenQueue.length > 0) {const firstItem = this.tokenQueue[0];if (firstItem.timestamp <= expiryTime) {// 移除过期 tokenthis.tokenQueue.shift();this.tokenSet.delete(firstItem.token);removedCount++;} else {// 队列是有序的，第一个没过期，后面的都不会过期，提前退出break;}}if (removedCount > 0) {console.log(`清理了 ${removedCount} 个过期 token`);}}
}// === 使用示例 ===
const container = new TokenExpiryContainer();// 添加一些 token（时间可能重复）
container.add('token1', 1700000000000); // 模拟时间
container.add('token2', 1700000000000); // 相同时间
container.add('token3', Date.now());     // 当前时间console.log(container.has('token1')); // true
console.log(container.has('token999')); // false// 20分钟后，token1 和 token2 会被自动清理

✅ 为什么这个设计高效？

需求	实现方式	时间复杂度
快速判断 token 是否存在	使用 `Set` 存储 token	O(1)
存储时间 + token	`tokenQueue` 数组存储 `{token, timestamp}`	O(1) 插入
清除过期数据	定时扫描 + 队列有序性（提前退出）	O(k)，k 是过期数量，通常很小

✅ 总结

✅ 时间可重复：使用独立的 timestamp 字段，不作为键。
✅ 快速判断 token：Set 提供 O(1) 查找。
✅ 定时清除：setInterval + 有序队列，高效清理。

性能优化建议

优化点	说明
扫描频率	`CLEAN_INTERVAL` 不宜太短（如 1 秒），避免频繁扫描；也不宜太长（如 30 分钟），导致过期数据滞留。5到10 分钟较合理。
内存优化	如果 token 数量极大，可考虑使用 Redis。
精确删除	若需精确删除，可用 `Map` 存储 `token -> timeoutId`，但需权衡内存。
持久化	Node.js 重启后数据丢失？可将数据持久化到文件或数据库。
批量清理	生产环境可结合 `Redis` 的 `ZSET` + `EXPIRE` 实现更强大的过期管理。