Java實現(xiàn)簡單LRU緩存機制的方法

更新時間：2020年05月26日 16:16:05 作者：南擘汪

這篇文章主要介紹了Java實現(xiàn)簡單LRU緩存機制的方法,文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧

一、什么是 LRU 算法

就是一種緩存淘汰策略。

計算機的緩存容量有限，如果緩存滿了就要刪除一些內(nèi)容，給新內(nèi)容騰位置。但問題是，刪除哪些內(nèi)容呢？我們肯定希望刪掉哪些沒什么用的緩存，而把有用的數(shù)據(jù)繼續(xù)留在緩存里，方便之后繼續(xù)使用。

LRU是Least Recently Used的縮寫，即最近最少使用，是一種常用的頁面置換算法，選擇最近最久未使用的頁面予以淘汰。

二、LRU的使用

LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 緩存容量 */ );
    cache.put(1, 1);
    cache.put(2, 2);
    cache.get(1);    // 返回 1
    cache.put(3, 3);  // 該操作會使得密鑰 2 作廢

第一步：創(chuàng)建一個長度為2的LRUCache

第二步：cache.put(1, 1);放入key=1，value=1的數(shù)據(jù)

第三步：cache.put(2，2);放入key = 2，value = 2的數(shù)據(jù)
(因為2剛使用，所有把2移動到前面）

第四步：cache.get(1);獲取key = 1的數(shù)據(jù)
（因為我們剛使用了1，所以把1移動到前面）

第五步：cache.put(3，3);放入key = 3，value = 3的數(shù)據(jù)
（因為3剛放進，所以放前面，又因為容量只有2，需要移除原先的1個。只因key = 2是最近最少使用的（key = 1剛get()過)，所以移除2。

三、LRU的實現(xiàn)機制

算法：

LRU 緩存機制可以通過哈希表輔以雙向鏈表實現(xiàn)，我們用一個哈希表和一個雙向鏈表維護所有在緩存中的鍵值對。

1）雙向鏈表按照被使用的順序存儲了這些鍵值對，靠近頭部的鍵值對是最近使用的，而靠近尾部的鍵值對是最久未使用的。

2）哈希表即為普通的哈希映射（HashMap），通過緩存數(shù)據(jù)的鍵映射到其在雙向鏈表中的位置。

一、初始化：

二、cache.put(1，1)：

三、cache.put(2，2)：

四、cache.get(1)：

五、cache.put(3,3)：

四、代碼如下

import java.io.*;
import java.util.HashMap;

public class test {

  public static void main(String args[]) throws IOException {

    LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 緩存容量 */ );
    cache.put(1, 1);
    cache.put(2, 2);
    cache.get(1);    // 返回 1
    cache.put(3, 3);  // 該操作會使得密鑰 2 作廢
    cache.get(2);    // 返回 -1 (未找到)
    cache.put(4, 4);  // 該操作會使得密鑰 1 作廢
    cache.get(1);    // 返回 -1 (未找到)
    cache.get(3);    // 返回 3
    cache.get(4);    // 返回 4
  }
}

/**
 * 設計和實現(xiàn)一個 LRU (最近最少使用) 緩存機制。它應該支持以下操作： 獲取數(shù)據(jù) get 和 寫入數(shù)據(jù) put
 */
class LRUCache {

  private HashMap<Integer,LinkedNode> cache = new HashMap();//方便通過key快速定位結點
  private int size;
  private int capacity;
  private LinkedNode head,tail;
  class LinkedNode{
    int key;
    int value;
    LinkedNode pre;
    LinkedNode next;
  }
  public LRUCache(int capacity) {
    this.size = 0;
    this.capacity = capacity;
    head = new LinkedNode();
    tail = new LinkedNode();
    head.next = tail;
    tail.pre = head;
  }

  /**
   * 移除節(jié)點
   * @param node
   */
  private void removeNode(LinkedNode node) {
    LinkedNode preNode = node.pre;
    LinkedNode nextNode = node.next;
    preNode.next = nextNode;
    nextNode.pre = preNode;
  }

  /**
   * 添加節(jié)點到頭部
   * @param node
   */
  private void addNode(LinkedNode node) {
    node.pre = head;
    node.next = head.next;
    head.next.pre = node;
    head.next = node;
  }

  /**
   * 將節(jié)點移動到頭部
   * @param node
   */
  private void moveToHead(LinkedNode node) {
    removeNode(node);
    addNode(node);
  }

  /**
   * 獲取數(shù)據(jù)
   * @param key
   * @return
   */
  public int get(int key) {
    LinkedNode node = cache.get(key);
    if(node != null) {
      moveToHead(node);
    }else{
      return -1;
    }
    return node.value;
  }

  /**
   * 寫入數(shù)據(jù)
   * @param key
   * @param value
   */
  public void put(int key, int value) {
    LinkedNode node = cache.get(key);
    //存在
    if(node != null) {
      node.value = value;//可能更新數(shù)據(jù)
      moveToHead(node);
    }
    //不存在
    else{
      LinkedNode newNode = new LinkedNode();
      newNode.key = key;
      newNode.value = value;
      cache.put(key,newNode);//更新Map
      addNode(newNode);//添加結點到頭部
      size++;//更新結點數(shù)
      if(size > capacity) {//如果結點數(shù)超過容量大小
        LinkedNode tailPre = tail.pre;
        cache.remove(tailPre.key);//更新Map
        removeNode(tailPre);//刪除最后一個結點（尾結點的前一個結點）
        size--;
      }
    }
  }
}

總結：自己實現(xiàn)的簡單LRU總歸太簡單了，要是想完善或者實現(xiàn)更真實的LRU，不妨參考一下Redis中的LRU。(◔◡◔)

到此這篇關于Java實現(xiàn)簡單LRU緩存機制的方法的文章就介紹到這了,更多相關Java LRU緩存內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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