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c#题例-2025-07-24 17:18:41

当然可以!以下是一道**专家级别**的 C# 程序员逻辑面试题,涉及 **多线程、锁机制、死锁预防、异步编程模型(async/await)** 和 **设计模式** 的综合理解。

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### 🧠 面试题:实现一个线程安全的异步缓存系统

#### 📌 背景描述:

你需要实现一个线程安全的异步缓存系统 `AsyncCache`,支持以下功能:

- 如果缓存中存在键,立即返回值;
- 如果缓存中不存在键,则调用一个异步工厂方法加载值;
- 在多个并发线程请求同一个尚未加载的键时,只允许一个线程执行加载操作,其他线程等待该操作完成并共享结果;
- 缓存支持设置每个条目的过期时间;
- 缓存应具备清除过期项的能力(可以是惰性清除或后台定期清理);
- 要避免死锁和重复加载问题(即“dogpile effect”)。

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### ✅ 接口定义:

```csharp
public interface IAsyncCache
{
Task GetOrAddAsync(TKey key, Func> valueFactory, TimeSpan expiration, CancellationToken ct);
}
```

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### 💡 需要实现的类:

```csharp
public class AsyncCache : IAsyncCache
{
public Task GetOrAddAsync(TKey key, Func> valueFactory, TimeSpan expiration, CancellationToken ct)
{
// 实现逻辑
}
}
```

---

### 🔍 面试考察点:

1. **线程安全机制**:如何保证多个线程访问同一个 key 时不重复加载?
2. **TaskCompletionSource 的使用**:用于协调多个线程共享同一个异步操作结果。
3. **缓存过期策略**:如何处理缓存过期?惰性清理 vs 定期后台清理。
4. **死锁预防**:避免在 await 期间持有锁导致的死锁。
5. **异步编程模型的理解**:正确使用 async/await 及 CancellationToken。
6. **设计模式运用**:如“异步初始化”、“双重检查锁定”、“Future 模式”等。
7. **性能与资源管理**:如使用 `ConcurrentDictionary` 和 `SemaphoreSlim` 的组合。

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### 🧪 示例用法:

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

var result = await cache.GetOrAddAsync("key1", async ct =>
{
await Task.Delay(1000, ct); // 模拟网络请求
return "value1";
}, TimeSpan.FromSeconds(10), CancellationToken.None);
```

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### 🧱 可选进阶扩展(加分项):

- 支持最大缓存容量(LRU 或 LFU);
- 支持滑动过期(Sliding Expiration);
- 支持缓存统计(命中率、加载次数等);
- 使用 MemoryCache 或 IDistributedCache 作为底层存储。

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如果你需要参考答案或实现示例,我可以继续为你提供。是否需要?

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