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c#题例-2025-06-22 23:39:15

好的!以下是一道专家级别的 C# 程序员逻辑面试题,涉及多线程、并发和性能优化等高级主题:

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### 面试题:实现一个线程安全的缓存系统

**问题描述:**

请设计并实现一个线程安全的缓存系统 `ThreadSafeCache`,满足以下要求:

1. **缓存的基本功能:**
- 提供 `AddOrUpdate(TKey key, TValue value)` 方法,用于添加或更新缓存中的键值对。
- 提供 `TryGetValue(TKey key, out TValue value)` 方法,用于尝试获取指定键的值。如果键存在,则返回 `true` 并输出值;否则返回 `false`。
- 提供 `Remove(TKey key)` 方法,用于从缓存中移除指定的键值对。

2. **过期机制:**
- 每个键值对可以设置一个过期时间(以秒为单位)。如果未设置过期时间,则该键值对永不过期。
- 缓存应自动清理已过期的键值对。

3. **线程安全:**
- 你的实现必须是线程安全的,能够支持多个线程同时访问和修改缓存。

4. **性能优化:**
- 尽量减少锁的使用范围,避免性能瓶颈。
- 考虑如何高效地处理过期键值对的清理工作。

5. **额外挑战(可选):**
- 实现一个 `Clear()` 方法,用于清空整个缓存。
- 提供一种方式,允许用户自定义过期检查的频率(例如每秒检查一次)。

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### 示例用法

```csharp
var cache = new ThreadSafeCache();

// 添加键值对,并设置过期时间为5秒
cache.AddOrUpdate("key1", "value1", 5);

// 获取键值对
if (cache.TryGetValue("key1", out var value))
{
Console.WriteLine(value); // 输出: value1
}

// 等待6秒后再次尝试获取
Thread.Sleep(6000);
if (!cache.TryGetValue("key1", out value))
{
Console.WriteLine("Key has expired."); // 输出: Key has expired.
}
```

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### 解题提示

1. **数据结构选择:**
- 可以使用 `ConcurrentDictionary>` 作为底层存储结构。
- 定义一个内部类 `CacheEntry`,包含值、过期时间和是否永不过期的标志。

2. **过期清理策略:**
- 使用后台线程或定时器定期检查并清理过期的键值对。
- 注意避免在清理过程中影响其他线程的正常操作。

3. **锁的使用:**
- 尽量使用细粒度的锁(如 `ReaderWriterLockSlim` 或 `lock`),或者利用无锁编程技术(如 `Interlocked` 和 `volatile`)来提高性能。

4. **测试:**
- 编写多线程测试用例,验证缓存系统的正确性和性能。

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这道题目考察了候选人对多线程编程、并发控制、性能优化以及缓存设计的理解,非常适合用来评估专家级别的 C# 开发者。

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