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[python]实现可以自动清除过期条目的缓存

article 2025/1/7 6:18:08

由于有缓存图片验证码的需要，所以我找了一些开源的缓存想直接使用，结果要么太老旧，要么太复杂，要么和 fastAPI 整合有问题，所以才想到自己写一个简单的，够用就好。

本文讲述了如何实现一个简单的内存缓存，他可以把过期的键值自动清除，在缓存验证码等场合应该很好用。

它的基本实现思路是：在初始化的时候自动启动一个清理线程，轮询删除过期的键值。
在实现的过程中使用了 lock ，以保证多线程安全。
主要代码如下：

class Cache:
    def __init__(self, max_size, ttl):
        """
        初始化缓存类
        :param max_size: 缓存最大容量
        :param ttl: 每个缓存元素的生存时间（秒）
        """
        self.max_size = max_size
        self.ttl = ttl
        self.cache = {}  # 存储缓存数据
        self.lock = Lock()  # 保证线程安全
        self._start_cleanup_thread()  # 启动自动清理线程

    def _start_cleanup_thread(self):
        """启动后台线程定期清理过期缓存"""
        def cleanup():
            while True:
                time.sleep(1)
                self._remove_expired_keys()

        thread = Thread(target=cleanup, daemon=True)
        thread.start()

    def _remove_expired_keys(self):
        """移除过期的缓存键"""
        with self.lock:
            current_time = time.time()
            expired_keys = [
                key for key, (_, expire_at) in self.cache.items()
                if expire_at <= current_time
            ]
            for key in expired_keys:
                del self.cache[key]
                print(f"清理过期键：{key}")

    def add(self, key, value):
        """
        添加缓存元素
        :param key: 缓存键
        :param value: 缓存值
        :raises CacheFullError: 当缓存已满时抛出
        """
        with self.lock:
            if key in self.cache:
                # 如果键已存在，更新值和过期时间
                self.cache[key] = (value, time.time() + self.ttl)
                return
            if len(self.cache) >= self.max_size:
                print("缓存已满，无法添加新元素")  
                return Error.FULL
            self.cache[key] = (value, time.time() + self.ttl)
            return Error.OK

    def get(self, key):
        """
        获取缓存值
        :param key: 缓存键
        :return: 缓存值
        :raises KeyError: 当键不存在或过期时抛出
        """
        with self.lock:
            if key in self.cache:
                value, expire_at = self.cache[key]
                if time.time() < expire_at:
                    return Error.OK, value
                else:
                    del self.cache[key]  # 自动清除过期键
                    return Error.EXPIRED,None
            return Error.NOT_FOUND,None