淘汰算法

简介: 【4月更文挑战第21天】这篇内容介绍了两种主流的淘汰算法:LRU(Least Recently Used)和LFU(Least Frequently Used)。LRU基于最近最少使用原则,当缓存满时,淘汰最近最久未使用的键。实现上通常使用链表和Java的LinkedHashMap。而LFU根据访问次数淘汰最不常使用的对象,可以按访问频率排序并选择淘汰。LFU的变种可能关注一定时间窗口内的访问次数,实现上更复杂。

淘汰算法

最有名的淘汰算法是 LRU 和 LFU。除了这两种,还有最佳置换算法(OPT)和先进先出置换算法(FIFO)等,但是用得都不如 LRU 和 LFU 多,所以这里主要聊 LRU 和 LFU 这两种。

LRU

LRU(Least Recently Used)是指最近最少使用算法。也就是说,缓存容量不足的时候,就从所有的 key 里面挑出一个最近一段时间最长时间未使用的 key。这个算法从实现上来说很简单,只需要把 key 用额外的链表连起来,然后每次被访问到的 key 都挪到队尾,那么队首就是最近最长时间未访问过的 key。也可以反过来,每次访问过的挪到队首,那么队尾就是最近最久未访问过的 key。比如说你可以借助 Java 的 LinkedHashMap 轻易实现 LRU 算法。这里访问是一个含糊的说法,你可以认为读写都是访问,也可以认为只有写是访问。所以有个 LRU 的变种是只有在写的时候,才会挪动这个 key,读并不会,也就是它倾向于保留写频繁的数据。
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LFU

LFU(Least Frequently Used)是最不经常使用算法,它是根据对象的使用次数来确定淘汰对象的,每次都是将使用次数最低的淘汰掉。所以基本的思路就是按照访问频率来给所有的对象排序。每次要淘汰的时候,就从使用次数最少的对象里面找出一个淘汰掉。如果有好几个对象的访问频次恰好相等,而且又是最低的,那么你可以自由决策如何淘汰。标准做法是淘汰最先插入的,不过也有一些实现就是随机删一个,又或者删掉排序位置最小的那个。实现的基本思路就是每次读写的时候,对象上面的次数都加 1,然后调整位置。这个算法也有一些变种。最主要的变种是统计一段时间内的访问次数而不是整个生命周期的次数。比如说每个对象都只统计近一个小时内的访问次数。但是这种变种的实现复杂度就要高很多。
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