面试题：JavaScript Set和Map与其他数据结构的结合优化及内存管理

结合不同数据结构实现高效缓存机制

使用Map和数组实现LRU缓存
- 原理：LRU（Least Recently Used）缓存策略是当缓存满时，优先淘汰最久未使用的数据。
- 代码示例：

class LRUCache {
    constructor(capacity) {
        this.capacity = capacity;
        this.cache = new Map();
        this.order = [];
    }

    get(key) {
        if (this.cache.has(key)) {
            this.order.splice(this.order.indexOf(key), 1);
            this.order.push(key);
            return this.cache.get(key);
        }
        return -1;
    }

    put(key, value) {
        if (this.cache.has(key)) {
            this.cache.set(key, value);
            this.order.splice(this.order.indexOf(key), 1);
        } else if (this.cache.size >= this.capacity) {
            const leastUsed = this.order.shift();
            this.cache.delete(leastUsed);
        }
        this.cache.set(key, value);
        this.order.push(key);
    }
}

说明：这里使用Map来存储键值对，因为Map的查找和删除操作时间复杂度为O(1)。数组用来记录访问顺序，通过数组操作来维护LRU顺序。

使用Set和对象实现缓存去重
- 原理：在缓存数据时，有时需要确保缓存的数据不重复。Set可以高效地检查元素是否存在，而对象可以存储具体的数据。
- 代码示例：

const cacheSet = new Set();
const cacheObject = {};

function addToCache(key, value) {
    if (!cacheSet.has(key)) {
        cacheSet.add(key);
        cacheObject[key] = value;
    }
}

function getFromCache(key) {
    if (cacheSet.has(key)) {
        return cacheObject[key];
    }
    return null;
}

说明：Set用于快速判断某个键是否已经在缓存中，对象用于存储实际的缓存值。

内存管理问题

避免内存泄漏
- 及时清理过期数据：在缓存中设置过期时间，定期检查并删除过期的数据。例如，在LRU缓存中，可以在put操作时记录每个键值对的时间戳，在get和put操作时检查并删除过期数据。

class ExpiringLRUCache {
    constructor(capacity, ttl) {
        this.capacity = capacity;
        this.ttl = ttl;
        this.cache = new Map();
        this.order = [];
        this.timestamps = new Map();
    }

    get(key) {
        if (this.cache.has(key)) {
            const now = Date.now();
            if (now - this.timestamps.get(key) > this.ttl) {
                this.cache.delete(key);
                this.order.splice(this.order.indexOf(key), 1);
                this.timestamps.delete(key);
                return -1;
            }
            this.order.splice(this.order.indexOf(key), 1);
            this.order.push(key);
            this.timestamps.set(key, now);
            return this.cache.get(key);
        }
        return -1;
    }

    put(key, value) {
        const now = Date.now();
        if (this.cache.has(key)) {
            this.cache.set(key, value);
            this.order.splice(this.order.indexOf(key), 1);
            this.timestamps.set(key, now);
        } else if (this.cache.size >= this.capacity) {
            const leastUsed = this.order.shift();
            this.cache.delete(leastUsed);
            this.timestamps.delete(leastUsed);
        }
        this.cache.set(key, value);
        this.order.push(key);
        this.timestamps.set(key, now);
    }
}

解除引用：当从缓存中删除数据时，确保所有对该数据的引用都被解除，特别是当缓存的数据是复杂对象时。例如，在LRUCache的delete操作中，不仅要从Map中删除键值对，还要确保没有其他地方引用该值。

根据业务需求调整缓存策略
- 读多写少场景：可以使用更复杂的缓存策略，如LFU（Least Frequently Used），这种策略记录每个数据的访问频率，优先淘汰访问频率最低的数据。
- 写多读少场景：可以适当降低缓存容量，减少内存占用，因为数据变化频繁，缓存的命中率可能较低。

Node.js环境下Set和Map在高并发场景的挑战及解决方案

挑战
- 线程安全问题：Node.js是单线程的，但在高并发场景下，多个异步操作可能同时访问和修改Set或Map，导致数据不一致。例如，在一个Web应用中，多个HTTP请求可能同时尝试更新缓存（Set或Map）。
- 性能瓶颈：虽然Set和Map在单个操作上性能较好，但在高并发大量操作时，可能会因为单线程执行而出现性能瓶颈。
解决方案
- 使用锁机制：可以使用mutex（互斥锁）来确保同一时间只有一个操作可以访问和修改Set或Map。例如，使用async - mutex库：

const Mutex = require('async - mutex').Mutex;
const mySet = new Set();
const mutex = new Mutex();

async function addToSet(value) {
    const release = await mutex.acquire();
    try {
        mySet.add(value);
    } finally {
        release();
    }
}

async function getSetSize() {
    const release = await mutex.acquire();
    try {
        return mySet.size;
    } finally {
        release();
    }
}

分区策略：将Set或Map分成多个部分（分区），不同的操作可以并行处理不同的分区，减少竞争。例如，根据键的哈希值将缓存数据分配到不同的Map实例中，每个实例由独立的异步任务管理。

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面试题：JavaScript Set和Map与其他数据结构的结合优化及内存管理

知识考点

面试题答案

结合不同数据结构实现高效缓存机制

内存管理问题

Node.js环境下Set和Map在高并发场景的挑战及解决方案