APP开发实战104-缓存算法

27.2缓存算法

Least Frequently Used（LFU）

对每个缓存对象计算他们被使用的频率。把最不常用的缓存对象换走。

Least Recently User（LRU）

把最近最少使用的缓存对象给换走。总是需要去了解在什么时候，用了哪个缓存对象。如果有人想要了解为什么总能把最近最少使用的对象踢掉，是非常困难的。浏览器就是使用了LRU作为缓存算法。新的对象会被放在缓存的顶部，当缓存达到了容量极限，我会把底部的对象踢走，而技巧就是：我会把最新被访问的缓存对象，放到缓存池的顶部。

所以，经常被读取的缓存对象就会一直呆在缓存池中。可以用数据或者链表实现。其改进算法有LRU2 和 2Q。

Least Recently Used 2（LRU2）

把被两次访问过的对象放入缓存池，当缓存池满了之后，我会把有两次最少使用的缓存对象踢走。因为需要跟踪对象2次，访问负载就会随着缓存池的增加而增加。如果用在大容量的缓存池中，就会有问题。另外，还需跟踪那么不在缓存的对象，因为他们还没有被第二次读取。这比LRU好。

Two Queues（2Q）

把被访问的数据放到LRU的缓存中，如果该对象再一次被访问，就把他转移到第二个更大的LRU缓存。替换掉缓存对象是为了保持第一个缓存池是第二个缓存池的1/3。当缓存的访问负载是固定的时候，把 LRU 换成 LRU2，就比增加缓存的容量更好。这种机制使得该算法比 LRU2更好。

Adaptive Replacement Cache（ARC）

这种算法介于 LRU 和 LFU 之间，由2个 LRU 组成，第一个，也就是 L1，包含的条目是最近只被使用过一次的，而第二个 LRU，也就是L2，包含的是最近被使用过两次的条目。因此，L1 放的是新的对象，而 L2 放的是常用的对象。该算法是是性能最好的缓存算法之一，能够自调，并且是低负载的。保存着历史对象，这样，就可以记住那些被移除的对象，同时，也可以看到被替换掉的对象是否可以留下，取而代之的是替换别的对象。该算法记忆力很差，但是很快，适用性也强。

Most Recently Used（MRU）

该算法与 LRU是对应的。它替换掉最近最多被使用的对象，你一定会问为什么。原因是，当一次访问过来的时候，有些事情是无法预测的，并且在缓存系统中找出最少最近使用的对象是一项时间复杂度非常高的运算。该算法在数据库内存缓存中很见！每当一次缓存记录的使用，会把它放到栈的顶端。当栈满了的时候，会把栈顶的对象给换成新进来的对象！

First in First out（FIFO）

这是一个低负载的算法，并且对缓存对象的管理要求不高。通过一个队列去跟踪所有的缓存对象，最近最常用的缓存对象放在后面，而更早的缓存对象放在前面，当缓存容量满时，排在前面的缓存对象会被踢走，然后把新的缓存对象加进去。很快，但是不适用。

Second Chance

改进的FIFO算法，比 FIFO 好的地方是改善了 FIFO 的成本。一样是在观察队列的前端，但是很FIFO的立刻替换不同，它会检查即将要被踢出的对象有没有之前被使用过的标志（1一个bit表示），如果没有被使用过，就把他换出；否则，把这个标志位清除，然后把这个缓存对象当做新增缓存对象加入队列。你可以想象就这就像一个环队列。当再一次在队头碰到这个对象时，由于它已经没有标志位，可以立刻就它换出。在速度上比FIFO快。

Clock

这是一个更好的FIFO，也比 second chance更好。因为它不会像second chance那样把有标志的缓存对象放到队列的尾部，但是也可以达到secondchance的效果。它持有一个装有缓存对象的环形列表，头指针指向列表中最老的缓存对象。当缓存miss发生并且没有新的缓存空间时，它会根据指针指向的缓存对象的标志位去决定应该怎么做。如果标志是0，直接用新的缓存对象替代这个缓存对象；如果标志位是1，把头指针递增，然后重复这个过程，直到新的缓存对象能够被放入。

Simple time-based

通过绝对的时间周期去失效那些缓存对象。对于新增的对象，保存特定的时间。很快，但不适用。

Extended time-based expiration

通过相对时间去失效缓存对象的；对于新增的缓存对象，保存特定的时间，比如是每5分钟，每天的12点。

Sliding time-based expiration

被管理的缓存对象的生命起点是在这个缓存的最后被访问时间算起。很快，不太适用。

缓存算法主要考虑下面几点：

成本—如果缓存对象有不同的成本，应该把那些难以获得的对象保存下来。

容量—如果缓存对象有不同的大小，应该把那些大的缓存对象清除，这样就可以让更多的小缓存对象进来了。