动手实现一个 LRU cache(下)

简介: LRU 是 Least Recently Used 的简写,字面意思则是最近最少使用。 通常用于缓存的淘汰策略实现,由于缓存的内存非常宝贵,所以需要根据某种规则来剔除数据保证内存不被撑满。

实现思路和上文提到的一致,说下重点:


  • 数据是直接利用 HashMap 来存放的。


  • 内部使用了一个双向链表来存放数据,所以有一个头结点 header,以及尾结点 tailer。


  • 每次写入头结点,删除尾结点时都是依赖于 header tailer,如果看着比较懵建议自己实现一个链表熟悉下,或结合下文的对象关系图一起理解。


  • 使用数据移动到链表头时,第一步是需要在双向链表中找到该节点。这里就体现出链表的问题了。查找效率很低,最差需要 O(N)。之后依赖于当前节点进行移动。


  • 在写入头结点时有判断链表大小等于 2 时需要删除初始化的头尾结点。这是因为初始化时候生成了两个双向节点,没有数据只是为了形成一个数据结构。当真实数据进来之后需要删除以方便后续的操作(这点可以继续优化)。


  • 以上的所有操作都是线程不安全的,需要使用者自行控制。


下面是对象关系图:


初始化时



写入数据时


LRUMap<String,Integer> lruMap = new LRUMap(3) ;
lruMap.put("1",1) ;



lruMap.put("2",2) ;



lruMap.put("3",3) ;



lruMap.put("4",4) ;



获取数据时


数据和上文一样:


Integer integer = lruMap.get("2");



通过以上几张图应该是很好理解数据是如何存放的了。


实现三


其实如果对 Java 的集合比较熟悉的话,会发现上文的结构和 LinkedHashMap 非常类似。


对此不太熟悉的朋友可以先了解下 LinkedHashMap 底层分析


所以我们完全可以借助于它来实现:


public class LRULinkedMap<K,V> {
    /**
     * 最大缓存大小
     */
    private int cacheSize;
    private LinkedHashMap<K,V> cacheMap ;
    public LRULinkedMap(int cacheSize) {
        this.cacheSize = cacheSize;
        cacheMap = new LinkedHashMap(16,0.75F,true){
            @Override
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
                if (cacheSize + 1 == cacheMap.size()){
                    return true ;
                }else {
                    return false ;
                }
            }
        };
    }
    public void put(K key,V value){
        cacheMap.put(key,value) ;
    }
    public V get(K key){
        return cacheMap.get(key) ;
    }
    public Collection<Map.Entry<K, V>> getAll() {
        return new ArrayList<Map.Entry<K, V>>(cacheMap.entrySet());
    }
}


源码:github.com/crossoverJi…


这次就比较简洁了,也就几行代码(具体的逻辑 LinkedHashMap 已经帮我们实现好了)


实际效果:


@Test
    public void put() throws Exception {
        LRULinkedMap<String,Integer> map = new LRULinkedMap(3) ;
        map.put("1",1);
        map.put("2",2);
        map.put("3",3);
        for (Map.Entry<String, Integer> e : map.getAll()){
            System.out.print(e.getKey() + " : " + e.getValue() + "\t");
        }
        System.out.println("");
        map.put("4",4);
        for (Map.Entry<String, Integer> e : map.getAll()){
            System.out.print(e.getKey() + " : " + e.getValue() + "\t");
        }
    }
//输出
1 : 1 2 : 2 3 : 3 
2 : 2 3 : 3 4 : 4     


使用时:


@Test
    public void get() throws Exception {
        LRULinkedMap<String,Integer> map = new LRULinkedMap(4) ;
        map.put("1",1);
        map.put("2",2);
        map.put("3",3);
        map.put("4",4);
        for (Map.Entry<String, Integer> e : map.getAll()){
            System.out.print(e.getKey() + " : " + e.getValue() + "\t");
        }
        System.out.println("");
        map.get("1") ;
        for (Map.Entry<String, Integer> e : map.getAll()){
            System.out.print(e.getKey() + " : " + e.getValue() + "\t");
        }
    }
}
//输出
1 : 1 2 : 2 3 : 3 4 : 4 
2 : 2 3 : 3 4 : 4 1 : 1


LinkedHashMap 内部也有维护一个双向队列,在初始化时也会给定一个缓存大小的阈值。初始化时自定义是否需要删除最近不常使用的数据,如果是则会按照实现二中的方式管理数据。


其实主要代码就是重写了 LinkedHashMap 的 removeEldestEntry 方法:


protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
        return false;
    }


它默认是返回 false,也就是不会管有没有超过阈值。


所以我们自定义大于了阈值时返回 true,这样 LinkedHashMap 就会帮我们删除最近最少使用的数据。


总结


以上就是对 LRU 缓存的实现,了解了这些至少在平时使用时可以知其所以然。


当然业界使用较多的还有 guava 的实现,并且它还支持多种过期策略。


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