C# 生产质量的线程安全内存 LRU 缓存过期？

Question

这可能就像在棍子上要月亮一样；但是是否有一个“C# 生产质量的线程安全内存 LRU 缓存并过期？或者有没有人有一个最佳实践的想法来实现同样的事情？

（LRU 是“最近最少使用”-http://en.wikipedia.org/wiki/Cache_algorithms#LRU）

澄清一下：我想通过以下接口支持 ASP.Net MVC 站点中的内存缓存：

public interface ICache
{
    T GetOrAdd<T>(string key, Func<T> create, TimeSpan timeToLive) where T : class;
    bool Remove(string key);
}

• 我想要“GetOrAdd”，因为我希望这些操作是“原子的” - 即避免两个线程同时尝试查询缓存的竞争条件
• 我想要 Create 函数，因为创建这些对象的成本很高（需要复杂的数据库访问）
• 我需要过期，因为这些对象会在一段时间后过期

Microsoft 的最佳解决方案似乎是“System.Runtime.Caching.MemoryCache”，但它似乎带有一些警告：

• 它需要定期轮询缓存以遵守强加的内存限制。我不可能在我的系统中耗尽内存。我读过这篇让我担心的帖子：MemoryCache does not obey memory limits in configuration
• 它似乎只有“AddOrGetExisting”来支持我的接口，该接口将构造的对象作为第二个参数 - 如果创建此对象的成本很高，那么预先构造它是否会破坏缓存的点？

代码如下所示：

public sealed class Cache : ICache
{
    private readonly MemoryCache _cache;

    public Cache()
    {
        _cache = MemoryCache.Default;
    }

    public T GetOrAdd<T>(string key, Func<T> create, TimeSpan timeToLive) where T : class
    {
        // This call kinda defeats the point of the cache ?!?
        var newValue = create();

        return _cache.AddOrGetExisting(key, newValue, DateTimeOffset.UtcNow + timeToLive) as T;
    }

    public bool Remove(string key)
    {
        _cache.Remove(key);
        return true;
    }
}

或者也许在 Lazy 周围有更好的东西，它确实只允许创建一次结果，但感觉就像一个 hack（缓存 Func 有什么后果吗？）：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Func<Foo> creation = () =>
        {
            // Some expensive thing
            return new Foo();
        };

        Cache cache = new Cache();
        // Result 1 and 2 are correctly the same instance. Result 3 is correctly a new instance...
        var result1 = cache.GetOrAdd("myKey", creation, TimeSpan.FromMinutes(30));
        var result2 = cache.GetOrAdd("myKey", creation, TimeSpan.FromMinutes(30));
        var result3 = cache.GetOrAdd("myKey3", creation, TimeSpan.FromMinutes(30));

        return;
    }
}

public sealed class Foo
{
    private static int Counter = 0;
    private int Index = 0;

    public Foo()
    {
        Index = ++Counter;
    }
}

public sealed class Cache
{
    private readonly MemoryCache _cache;

    public Cache()
    {
        _cache = MemoryCache.Default;
    }

    public T GetOrAdd<T>(string key, Func<T> create, TimeSpan timeToLive) where T : class
    {
        var newValue = new Lazy<T>(create, LazyThreadSafetyMode.PublicationOnly);
        var value = (Lazy<T>)_cache.AddOrGetExisting(key, newValue, DateTimeOffset.UtcNow + timeToLive);
        return (value ?? newValue).Value;
    }

    public bool Remove(string key)
    {
        _cache.Remove(key);
        return true;
    }
}

其他想法：

• 我也找到了这个实现，但它不允许您指定基于时间的到期：Is it there any LRU implementation of IDictionary?
• 也许有一个使用 ReaderWriterLock 的实现？
• ConcurrentDictionary 的一些包装器？

Answer 1

我实现了一个专为并发工作负载设计的线程安全伪 LRU - 目前在生产系统中使用。性能非常接近 ConcurrentDictionary，比 MemoryCache 快约 10 倍，命中率也优于传统的 LRU。完整的分析在下面的 github 链接中提供。

用法如下：

int capacity = 666;
var lru = new ConcurrentTLru<int, SomeItem>(capacity, TimeSpan.FromMinutes(5));

var value = lru.GetOrAdd(1, (k) => new SomeItem(k));
bool removed = lru.TryRemove(1);

GitHub：https://github.com/bitfaster/BitFaster.Caching

Install-Package BitFaster.Caching