【算法系列】淘汰算法之LRU

LRU算法

LRU（The Least Recently Used）最近最少使用。

LRU算法的思想

如果一个数据在最近一段时间没有被访问到，那么可以认为在将来它被访问的可能性也很小。

因此，当空间满时，最久未被使用的数据最先被淘汰。

LRU算法的描述

设计一种缓存结构，该结构在构造时确定大小，假设大小为 K，并有两个功能：

• put(key, value)将记录(key, value)插入该结构。当缓存满时，将最久未使用的数据淘汰掉。

• get(key)返回key对应的value值。

LRU算法的实现

1. 最朴素的思想就是用数组+时间戳的方式，不过这样做效率较低。

2. 我们可以用双向链表（LinkedList）+哈希表（HashMap）实现（链表用来表示位置，哈希表用来存储和查找）。

3. 直接使用Java里有的数据结构LinkedHashMap。

LRUCache

package com.itplh;

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

/**
 * @author: tanpenggood
 * @date: 2020-09-17 10:49
 */
public class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
    private int cacheSize;

    public LRUCache(int cacheSize) {
    	// LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder)
        // 关键：使用的三个参数的构造方法，将accessOrder设置为true，LinkedHashMap默认为false
        super(16, (float) 0.75, true);
        this.cacheSize = cacheSize;
    }

	/**
     * 当缓存空间不够时，淘汰最久未使用的数据
     * 
     */
    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {
        return size() > cacheSize;
    }

}

LRUCacheTest

package com.itplh;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

/**
 * @author: tanpenggood
 * @date: 2020-09-17 10:49
 */
@Slf4j
public class LRUCacheTest {

    public static void main(String[] args) {
        LRUCache<String, Integer> cache = new LRUCache<>(5);
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            cache.put("k" + i, i);
        }
        log.info("all cache: {}", cache);
        cache.get("k3");
        log.info("get k3: {}", cache);
        cache.get("k4");
        log.info("get k4: {}", cache);
        cache.get("k4");
        log.info("get k4: {}", cache);
        cache.put("k" + 10, 10);
        log.info("After running the LRU algorithm cache: {}", cache);
    }
}

Output

all cache: {k1=1, k2=2, k3=3, k4=4, k5=5}
get k3: {k1=1, k2=2, k4=4, k5=5, k3=3}
get k4: {k1=1, k2=2, k5=5, k3=3, k4=4}
get k4: {k1=1, k2=2, k5=5, k3=3, k4=4}
After running the LRU algorithm cache: {k2=2, k5=5, k3=3, k4=4, k10=10}

总结

1. 每一次从cache中get数据时会将取出来的元素移到队尾。
2. 向cache中put数据时，先将新数据存到队尾，再判断缓存空间是否够用，若空间不够，则淘汰队首（最久未使用）的元素。

参考

缓存算法（FIFO 、LRU、LFU三种算法的区别）