实现一个线程安全并且可以设置过期时间的LRU（LinkedHashMap原理）

最新推荐文章于 2025-10-31 16:09:16 发布

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#FIFO #LRU

本文介绍了LRU缓存的原理，重点讲解了如何使用LinkedHashMap实现线程安全且带有过期时间的LRU缓存。通过设置accessOrder为true实现访问顺序存储，利用removeEldestEntry方法处理缓存淘汰，同时通过ReentrantLock解决并发问题，并使用ScheduledThreadPoolExecutor进行定期删除过期缓存。

1、HashMap原理

2、LinkedHashMap实现LRU原理（accessOrder = true）

4、实现一个线程安全并且可以设置过期时间的LRU缓存

4.1 解决安全问题

4.2 实现定期删除

FIFO的思想是实现一个先进先出的队列，LRU最近最久未使用。可以用双向链表linkedList来实现，同时为了兼顾查询节点时的效率，结合HashMap来实现。双向链表linkedList+HashMap的数据结构可以联想到LinkedHashMap，就不需要我们自己来实现了。LinkedHashMap存储数据是有序的，可以分为插入顺序（accessOrder = false）和访问顺序（accessOrder = true），默认为插入顺序，而且LinkedHashMap提供了删除最后一个节点的方法removeEldestEntry(Map.Entry eldest)，正好可以用来实现FIFO（LinkedHashMap按插入顺序存储数据）和LRU算法（LinkedHashMap按访问顺序存储数据）。

1、HashMap原理

底层是Entry数组+链表（Entry节点的next指针）+红黑树。JDK8中，链表长度不小于8时，将链表转化为红黑树。默认无参构造函数会初始化大小为16，向集合中添加元素至集合大小的0.75倍时，会生成一个大小为原来2倍的新集合，然后重新计算元素的地址，将集合中元素插入到新集合，届时效率很低。线程不安全。（例如：put的时候导致的数据覆盖、集合扩展时(resize方法)会出现死循环）。

//HashMap的Entry结构：
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        int hash;
｝

2、LinkedHashMap实现LRU原理（accessOrder = true）

2.1 数据结构

HashMap的原理是内部维护了一个Entry数组，而LinkedHashMap在HashMap的基础上，增加了链表头节点和尾节点两个指针，增加了排序方式的标志，Entry节点增加了前后两个指针。因此LinkedHashMap的Entry节点有三个指针，一个是双向链表的前指针、一个是双向链表的后指针、一个是HashMap的hash地址重复时拉链法解决冲突的next的指针。

/*LinkedHashMap的Entry结构：*/
//双向链表头结点
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
//双向链表尾节点
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
//是否基于访问顺序排序（默认为false即插入顺序排序）
final boolean accessOrder;
//Entry继承了HashMap的Entry，又增加了before, after两个指针
private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
        Entry<K,V> before, after;
        Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
｝

2.2 put方法

如果put的是新key，则将Entry节点添加到Map中，并添加到双向链表的尾部，若initialCapacity数量已满，删除最近最久未使用的Entry节点即双向链表的头结点；若put的是已有的key，更新节点的value，并将节点删除并添加到尾部。

HashMap的put方法会生成一个节点，调用了newNode方法，而LinkedHashMap重写了此方法
 /**
     * 创建一个节点
     * @param hash  hash值
     * @param key   键
     * @param value 值
     * @param e     下一个节点,这个是HashMap节点的属性