漫画:什么是LRU算法?
————— 两个月前 —————
用户信息当然是存在数据库里。但是由于我们对用户系统的性能要求比较高,显然不能每一次请求都去查询数据库。
所以,小灰在内存中创建了一个哈希表作为缓存,每次查找一个用户的时候先在哈希表中查询,以此提高访问性能。
很快,用户系统上线了,小灰美美地休息了几天。
一个多月之后......
———————————————
什么是哈希链表呢?
我们都知道,哈希表是由若干个Key-Value所组成。在“逻辑”上,这些Key-Value是无所谓排列顺序的,谁先谁后都一样。
在哈希链表当中,这些Key-Value不再是彼此无关的存在,而是被一个链条串了起来。每一个Key-Value都具有它的前驱Key-Value、后继Key-Value,就像双向链表中的节点一样。
这样一来,原本无序的哈希表拥有了固定的排列顺序。
让我们以用户信息的需求为例,来演示一下LRU算法的基本思路:
1.假设我们使用哈希链表来缓存用户信息,目前缓存了4个用户,这4个用户是按照时间顺序依次从链表右端插入的。
2.此时,业务方访问用户5,由于哈希链表中没有用户5的数据,我们从数据库中读取出来,插入到缓存当中。这时候,链表中最右端是最新访问到的用户5,最左端是最近最少访问的用户1。
3.接下来,业务方访问用户2,哈希链表中存在用户2的数据,我们怎么做呢?我们把用户2从它的前驱节点和后继节点之间移除,重新插入到链表最右端。这时候,链表中最右端变成了最新访问到的用户2,最左端仍然是最近最少访问的用户1。
4.接下来,业务方请求修改用户4的信息。同样道理,我们把用户4从原来的位置移动到链表最右侧,并把用户信息的值更新。这时候,链表中最右端是最新访问到的用户4,最左端仍然是最近最少访问的用户1。
5.后来业务方换口味了,访问用户6,用户6在缓存里没有,需要插入到哈希链表。假设这时候缓存容量已经达到上限,必须先删除最近最少访问的数据,那么位于哈希链表最左端的用户1就会被删除掉,然后再把用户6插入到最右端。
以上,就是LRU算法的基本思路。
private
Node head;
private
Node
end;
//缓存存储上限
private
int limit;
private
HashMap<String,
Node> hashMap;
public
LRUCache(int limit)
{
this.limit = limit;
hashMap =
new
HashMap<String,
Node>();
}
public
String
get(String key)
{
Node node = hashMap.get(key);
if
(node ==
null){
return
null;
}
refreshNode(node);
return node.value;
}
public
void put(String key,
String value)
{
Node node = hashMap.get(key);
if
(node ==
null)
{
//如果key不存在,插入key-value
if
(hashMap.size()
>= limit)
{
String oldKey = removeNode(head);
hashMap.remove(oldKey);
}
node =
new
Node(key, value);
addNode(node);
hashMap.put(key, node);
}else
{
//如果key存在,刷新key-value
node.value = value;
refreshNode(node);
}
}
public
void remove(String key)
{
Node node = hashMap.get(key);
removeNode(node);
hashMap.remove(key);
}
/**
* 刷新被访问的节点位置
* @param node 被访问的节点
*/
private
void refreshNode(Node node)
{
//如果访问的是尾节点,无需移动节点
if
(node ==
end)
{
return;
}
//移除节点
removeNode(node);
//重新插入节点
addNode(node);
}
/**
* 删除节点
* @param node 要删除的节点
*/
private
String removeNode(Node node)
{
if
(node ==
end)
{
//移除尾节点
end
=
end.pre;
}else
if(node == head){
//移除头节点
head = head.next;
}
else
{
//移除中间节点
node.pre.next
= node.next;
node.next.pre = node.pre;
}
return node.key;
}
/**
* 尾部插入节点
* @param node 要插入的节点
*/
private
void addNode(Node node)
{
if(end
!=
null)
{
end.next
= node;
node.pre =
end;
node.next
=
null;
}
end
= node;
if(head ==
null){
head = node;
}
}
class
Node
{
Node(String key,
String value){
this.key = key;
this.value = value;
}
public
Node pre;
public
Node
next;
public
String key;
public
String value;
}
public
static
void main(String[] args)
{
LRUCache lruCache =
new
LRUCache(5);
lruCache.put("001",
"用户1信息");
lruCache.put("002",
"用户1信息");
lruCache.put("003",
"用户1信息");
lruCache.put("004",
"用户1信息");
lruCache.put("005",
"用户1信息");
lruCache.get("002");
lruCache.put("004",
"用户2信息更新");
lruCache.put("006",
"用户6信息");
System.out.println(lruCache.get("001"));
System.out.println(lruCache.get("006"));
}
需要注意的是,这段不是线程安全的,要想做到线程安全,需要加上synchronized修饰符。
—————END—————
喜欢本文的朋友们,欢迎关注订阅号程序员小灰,收看更多精彩内容