LRU缓存介绍与实现（Java）-优快云博客

引子：

我们平时总会有一个电话本记录所有朋友的电话，但是，如果有朋友经常联系，那些朋友的电话号码不用翻电话本我们也能记住，但是，如果长时间没有联系了，要再次联系那位朋友的时候，我们又不得不求助电话本，但是，通过电话本查找还是很费时间的。但是，我们大脑能够记住的东西是一定的，我们只能记住自己最熟悉的，而长时间不熟悉的自然就忘记了。

其实，计算机也用到了同样的一个概念，我们用缓存来存放以前读取的数据，而不是直接丢掉，这样，再次读取的时候，可以直接在缓存里面取，而不用再重新查找一遍，这样系统的反应能力会有很大提高。但是，当我们读取的个数特别大的时候，我们不可能把所有已经读取的数据都放在缓存里，毕竟内存大小是一定的，我们一般把最近常读取的放在缓存里（相当于我们把最近联系的朋友的姓名和电话放在大脑里一样）。现在，我们就来研究这样一种缓存机制。

LRU缓存：

LRU缓存利用了这样的一种思想。LRU是Least Recently Used 的缩写，翻译过来就是“最近最少使用”，也就是说，LRU缓存把最近最少使用的数据移除，让给最新读取的数据。而往往最常读取的，也是读取次数最多的，所以，利用LRU缓存，我们能够提高系统的performance.

实现：

要实现LRU缓存，我们首先要用到一个类LinkedHashMap。用这个类有两大好处：一是它本身已经实现了按照访问顺序的存储，也就是说，最近读取的会放在最前面，最最不常读取的会放在最后（当然，它也可以实现按照插入顺序存储）。第二，LinkedHashMap本身有一个方法用于判断是否需要移除最不常读取的数，但是，原始方法默认不需要移除（这是，LinkedHashMap相当于一个linkedlist），所以，我们需要override这样一个方法，使得当缓存里存放的数据个数超过规定个数后，就把最不常用的移除掉。LinkedHashMap的API写得很清楚，推荐大家可以先读一下。

要基于LinkedHashMap来实现LRU缓存，我们可以选择inheritance, 也可以选择 delegation，我更喜欢delegation。基于delegation的实现已经有人写出来了，而且写得很漂亮，我就不班门弄斧了。代码如下：

import java.util.LinkedHashMap; import java.util.Collection; import java.util.Map; import java.util.ArrayList; /** * An LRU cache, based on <code>LinkedHashMap</code>. * * * This cache has a fixed maximum number of elements (<code>cacheSize</code>). * If the cache is full and another entry is added, the LRU (least recently used) entry is dropped. * * * This class is thread-safe. All methods of this class are synchronized. * * * Author: Christian d'Heureuse, Inventec Informatik AG, Zurich, Switzerland * Multi-licensed: EPL / LGPL / GPL / AL / BSD. */ public class LRUCache<K,V> { private static final float hashTableLoadFactor = 0.75f; private LinkedHashMap<K,V> map; private int cacheSize; /** * Creates a new LRU cache. * @param cacheSize the maximum number of entries that will be kept in this cache. */ public LRUCache (int cacheSize) { this.cacheSize = cacheSize; int hashTableCapacity = (int)Math.ceil(cacheSize / hashTableLoadFactor) + 1; map = new LinkedHashMap<K,V>(hashTableCapacity, hashTableLoadFactor, true) { // (an anonymous inner class) private static final long serialVersionUID = 1; @Override protected boolean removeEldestEntry (Map.Entry<K,V> eldest) { return size() > LRUCache.this.cacheSize; }}; } /** * Retrieves an entry from the cache. * The retrieved entry becomes the MRU (most recently used) entry. * @param key the key whose associated value is to be returned. * @return the value associated to this key, or null if no value with this key exists in the cache. */ public synchronized V get (K key) { return map.get(key); } /** * Adds an entry to this cache. * The new entry becomes the MRU (most recently used) entry. * If an entry with the specified key already exists in the cache, it is replaced by the new entry. * If the cache is full, the LRU (least recently used) entry is removed from the cache. * @param key the key with which the specified value is to be associated. * @param value a value to be associated with the specified key. */ public synchronized void put (K key, V value) { map.put (key, value); } /** * Clears the cache. */ public synchronized void clear() { map.clear(); } /** * Returns the number of used entries in the cache. * @return the number of entries currently in the cache. */ public synchronized int usedEntries() { return map.size(); } /** * Returns a <code>Collection</code> that contains a copy of all cache entries. * @return a <code>Collection</code> with a copy of the cache content. */ public synchronized Collection<Map.Entry<K,V>> getAll() { return new ArrayList<Map.Entry<K,V>>(map.entrySet()); } } // end class LRUCache ------------------------------------------------------------------------------------------ // Test routine for the LRUCache class. public static void main (String[] args) { LRUCache<String,String> c = new LRUCache<String, String>(3); c.put ("1", "one"); // 1 c.put ("2", "two"); // 2 1 c.put ("3", "three"); // 3 2 1 c.put ("4", "four"); // 4 3 2 if (c.get("2") == null) throw new Error(); // 2 4 3 c.put ("5", "five"); // 5 2 4 c.put ("4", "second four"); // 4 5 2 // Verify cache content. if (c.usedEntries() != 3) throw new Error(); if (!c.get("4").equals("second four")) throw new Error(); if (!c.get("5").equals("five")) throw new Error(); if (!c.get("2").equals("two")) throw new Error(); // List cache content. for (Map.Entry<String, String> e : c.getAll()) System.out.println (e.getKey() + " : " + e.getValue()); }
代码出自： http://www.source-code.biz/snippets/java/6.htm

下面有一个是用inheritance实现的，也贴出来。

LRULinkedHashMap 　　package com.xiaoc.cache; 　　import java.util.LinkedHashMap; 　　import java.util.Map.Entry; 　　/** 　　* Least Recently Used LinkedHashMap based on LinkedHashMap 　　* @author wenchang872 　　* */ 　　public class LRULinkedHashMap extends LinkedHashMap { 　　private static final long serialVersionUID = -1468138250444907129L; 　　private int maxCapacity;//max amount of key-value pairs 　　private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; 　　public LRULinkedHashMap(int maxCapacity) { 　　super(maxCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR, true); 　　this.maxCapacity = maxCapacity; 　　} 　　/** 　　* remove the oldest element when size becomes larger than maxCapacity 　　* 　　* */ 　　@Override 　　protected boolean removeEldestEntry(Entry eldest) { 　　return size() > this.maxCapacity; 　　} 　　} 　　BaseCache 基础缓存类，实际上是对LRULinkedHashMap添加同步包装, 并且只暴露需要的方法　　get/put/cleanUp/toString 　　package com.xiaoc.cache; 　　import java.util.Collections; 　　import java.util.Map; 　　/** 　　* A Simple LRU Cache based on LRULinkedHashMap 　　* @author wenchang872 　　* */ 　　public class BaseCache { 　　private Map cache = null; 　　private static final int DEFAULT_CAPACITY = 64; 　　public BaseCache(int capacity) { 　　//the cache should be synchronized 　　cache = Collections.synchronizedMap(new LRULinkedHashMap(capacity)); 　　} 　　public BaseCache(){ 　　this(DEFAULT_CAPACITY); 　　} 　　public void put(Object key, Object value) { 　　cache.put(key, value); 　　} 　　public Object get(Object key) { 　　return cache.get(key); 　　} 　　public void cleanUp() { 　　cache.clear(); 　　} 　　public String toString() { 　　return cache.toString(); 　　} 　　} 　　使用　　/** 　　* useage: 　　* BaseCache cache = new BaseCache(1024); 　　* cache.get(); 　　* cache.put(K,V); 　　* cache.cleanUp(); 　　*/
代码出自：http://www.qqread.com/java/2010/10/w496122.html