如何在Java中实现LRU缓存

最近使用最少（LRU）缓存是一种缓存逐出算法，它按使用顺序组织元素。顾名思义，在LRU中，最长时间未使用的元素将从缓存中逐出。

例如，如果我们有一个容量为三项的缓存：

最初，缓存是空的，我们将元素 8 放在缓存中。元素 9 和 6 像以前一样被缓存。但现在，缓存容量已满，要放入下一个元素，我们必须逐出缓存中最近使用最少的元素。

在我们用Java实现LRU缓存之前，最好先了解一下缓存的一些方面：

O（1）

LRU缓存的结构

现在，让我们考虑一个有助于我们设计缓存的问题。

我们如何设计一个可以在固定时间内执行读取、排序（时态排序）和删除元素等操作的数据结构？

似乎要找到这个问题的答案，我们需要深入思考关于LRU缓存及其特性的说法：

• 实际上，LRU缓存是一种 队列 —如果重新访问某个元素，它将进入逐出顺序的末尾
• 此队列将具有特定容量，因为缓存的大小有限。每当引入新元素时，它都会添加到队列的最前面。当逐出发生时，它发生在队列的尾部。
• 命中缓存中的数据必须在固定时间内完成，这在队列中是不可能的！但是，使用Java的 HashMap 数据结构是可能的
• 删除最近使用最少的元素必须在固定时间内完成，这意味着对于队列的实现，我们将使用 DoublyLinkedList 而不是 SingleLinkedList 或数组

因此，LRU缓存只是 DoublyLinkedList 和 HashMap 的组合，如下所示：

这样做的目的是将密钥保留在Map上，以便快速访问队列中的数据。

LRU算法

LRU算法非常简单！如果密钥存在于 HashMap 中，则为缓存命中；否则，就是缓存丢失了。

缓存未命中后，我们将执行两个步骤：

1. 在列表前面添加新元素。

2. 在 HashMap 中添加一个新条目并引用列表的标题。

在缓存命中后，我们将执行两个步骤：

1. 删除hit元素并将其添加到列表前面。

2. 使用列表前面的新引用更新 HashMap 。

现在，我们来看看如何在Java中实现LRU缓存！

Java实现

首先，我们将定义缓存接口：

public interface Ca