管理多线程应用程序上的数据结构状态

Question

当涉及到服务器上运行的服务时，我需要一些关于如何管理哈希图/数组列表状态的建议。我正在尝试设计 IP 地址管理系统，其中要求是当发生 API 调用时，方法应提供第一个可用的未从哈希映射/数组列表中分配的 IP 地址。我为此考虑了两种方法。

1. 当 IP 地址分配给某个逻辑名称时，将为该特定 IP 地址/逻辑名称创建 default.property 文件，其中存储所有信息。因此，每次请求到来时，我都可以浏览所有文件来检查之前分配的 IP 地址，然后分配 IP 地址。但我认为这会增加处理时间。

2. 我可以维护包含所有可用 IP 地址的数据结构，并且每次分配 IP 地址时我都会将该对象存储在文件中。但我觉得这会导致单点故障。

如果有人能就此提出建议，那就太好了

感谢您的宝贵时间。

Answer 1

您对这两种方法的分析很准确，每种方法都有其优点和缺点。以下是一些可能有助于您完善策略的想法和建议：

1. 基于文件的方法（使用默认的.property文件）： 优点： 每个 IP 分配都是独立的，这意味着您可以避免单点故障。 由于每个 IP 的分配详细信息都存储在单独的文件中，因此更易于调试。 由于整个状态未加载到内存中，因此减少了服务器上的内存使用量。 缺点： 正如您所提到的，随着分配的 IP 数量的增加，处理时间也会增加，因为系统需要为每个请求检查多个文件。 文件 I/O 延迟的潜在问题，尤其是在重负载下。 如果您有大量 IP 和频繁请求，此方法可能无法很好地扩展。
2. 内存数据结构（HashMap/ArrayList）： 优点： 访问速度快，因为一切都在内存中。 查找第一个可用 IP 的简单逻辑。 您可以使用高效的数据结构（例如优先级队列或排序集）来快速找到下一个可用的 IP。 缺点： 正如您所提到的，如果服务器崩溃，这可能会导致单点故障，可能会丢失状态。 需要定期保存到磁盘以确保持久性，这可能很难正确实现。 消耗更多内存，尤其是随着 IP 数量的增长。 替代方法： 混合方法：

通过维护内存中数据结构以实现快速访问并定期将状态写入磁盘来结合这两种方法。这样，您就可以获得这两种方法的好处。您可以使用检查点或预写日志记录等技术来确保在发生故障时可以恢复状态。 分布式键值存储：

使用分布式键值存储，例如 Redis 或 Consul。这些系统提供高可用性和持久性，同时允许快速内存操作。例如，Redis 可以将整个 IP 地址池存储在内存中并将其持久保存到磁盘，并具有避免单点故障的内置机制。 数据库方法：

将 IP 分配存储在关系数据库或 NoSQL 数据库中。虽然这会带来一些开销，但它可以确保持久性并且可以实现高可用性。通过适当的索引，您可以实现相当快的查找时间。 其他注意事项： 并发性：确保您的解决方案正确处理并发 API 请求，尤其是在多线程或分布式环境中运行此服务时。您可能需要实现锁定机制或使用原子操作来避免竞争条件。 扩展：考虑随着 IP 和请求数量的增加，您的解决方案将如何扩展。您可能需要对 IP 池进行分区或使用分片技术在多个实例之间分配负载。 总的来说，正确的方法取决于您对性能、可靠性和可扩展性的具体要求。混合或分布式存储方法可能会在性能和可靠性之间提供良好的平衡，而不会导致实施过于复杂。