缓存算法LRU和LFU的简易实现

本文主要介绍缓存算法LRU和LFU的简易实现

• 源码
• 缓存算法LRU和LFU是什么？
• LRU和LFU的底层数据结构
• 梳理接口

具体内容

源码

• LRU 和 LRU测试案例
• LFU 和 LFU测试案例

缓存算法LRU和LFU是什么？

• LRU 和LFU算法都是一种缓存淘汰策略
  • LRU
    • 每次新加入的值放在最前面
    • 每次缓存满了，需要删除最老未使用的
  • LFU
    • 根据使用频率来决定淘汰那些缓存元素

LRU和LFU的底层数据结构

• LRU
  • 主要是用双向链表和一个Map来实现。
  • Map是为了方便随时取用
  • 双向链表是为了梳理元素出现的先后顺序
  • Map的中，value是双向链表的Node节点
• LFU

接口梳理

既然是缓存，管理数据的，那么必然有put()和get()以及delete()接口。

• boolean put(int key, String value)：需要考虑元素是否存在，缓存是否满的问题，如果元素已经存在，则需要更新到最新的位置即可。如果元素不存在，则需要需要插入数据到最新的位置，如果缓存已满，则需要清除最老的一个元素，再进行插入更新。
• String get(int key)：如果元素不存在，则返回空，存在的话，返回对于元素，并且更新元素只最新位置。
• boolean delete(int x)：如果元素不存在，则删除失败。如果元素存在，则进行删除。

LRU既然是管理最近最近数据的，则必然需要考虑对元素顺序，以及最近元素的管理

• String getRecent()：获取最近的元素，并重新更新到队尾
• boolean makeRecently(Node4Cache node)：更新最近元素
• boolean addRecently(int x, String value)：新增最近元素
• boolean deleteLeast()：删除最近不使用的元素

双向链表的数据结构设计

考虑到需要一个链表来承接元素的先后顺序，特别是在进行删除第一个元素和插入最后一个元素时，为了查找方便，所以需要在链表内设置一个头节点和一个尾节点，这两个节点是空节点。为了方便查找在两头进行查找，所以需要将链表设置成双向链表。

• 双向链表 DoublyLinked4Cache
• 双向链表节点 Node4Cache

该双向链表需要具备以下功能：

• boolean insertLast(Node4Cache node)：将一个元素插入到链表尾部，
• boolean delete(Node4Cache node)：删除元素，并梳理节点关系
• Node4Cache deleteOld()：删除并返回 链表首元素【当前链表中最早插入的元素】，即头节点指向的那个元素
• Node4Cache getLeast()：返回 链表最后一个元素【最新插入的元素】，即尾节点指向的那个元素