LRU算法的Java实现

LRU原理

LRU(Least recently used,最近最少使用)算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据,其核心思想是“如果数据最近被访问过,那么将来被访问的几率也更高”。

实现方式

要实现LRU算法,有 2 种实现方式。

第一种,是使用Java中现成的API —— LinkedHashMap。它在HashMap的基础增加了按照访问顺序排序的功能,非常适合LRU的实现。

代码如下:

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/**
* @author yhl
* @date 2019/8/14
*/

public class LRUCacheByAPI extends LinkedHashMap {

private static final float DEFAULE_LOAD_FACTOR = 0.75f;

private int capaciticy;

public LRUCacheByAPI(int capaciticy) {
super((int) Math.ceil(capaciticy / DEFAULE_LOAD_FACTOR), DEFAULE_LOAD_FACTOR, true);
this.capaciticy = capaciticy;
}

@Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
return size() > capaciticy;
}
}

第二种,是使用哈希 + 双向链表的方式,自己造轮子实现。用双向链表的原因是删除节点快,用哈希原因是查找快,使得put,get较快。

代码如下:

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/**
* @author yhl
* @date 2019/8/14
*
* 使用双向链表 + 哈希实现 LRU 算法
* LRU算法:即最近最少使用算法,当 map 的容量到达规定值之后,再添加元素时就要删掉一个距离现在
* 最久未使用的一个元素。
*/

public class LRUCache<K, V> {

/**
* 链表节点定义
*/
class Node {
private K k;
private V v;
private Node pre, next;

public Node() {
}

public Node(K k, V v) {
this.k = k;
this.v = v;
}
}

/**
* 双向链表定义
*/
class DoubleLinkedList {

//头尾节点,虚节点,不保存数据
Node head, tail;

//链表元素数
private int size;

public DoubleLinkedList() {
head = new Node();
tail = new Node();
head.next = tail;
tail.pre = head;
size = 0;
}

public void addFirst(Node node) {
node.next = head.next;
node.pre = head;
head.next.pre = node;
head.next = node;
size++;
}

public void remove(Node node) {
node.pre.next = node.next;
node.next.pre = node.pre;
size--;
}

public Node removeLast() {
if (size > 0) {
Node last = tail.pre;
remove(last);
return last;
} else {
return null;
}
}

public int size() {
return size;
}
}

private HashMap<K, Node> map;
private DoubleLinkedList cache;

/**
* 最大容量
*/
private int capaciticy;

public LRUCache(int capaciticy) {
this.capaciticy = capaciticy;
map = new HashMap<>();
cache = new DoubleLinkedList();
}

public V get(K key) {
if (!map.containsKey(key)) {
return null;
}
V value = map.get(key).v;
put(key, value);
return value;
}

public void put(K key, V value) {
Node node = new Node(key, value);
if (map.containsKey(key)) {
//如果已经存在这个key
cache.remove(map.get(key));
cache.addFirst(node);
map.put(key, node);
} else {
//node中要保存key和value的原因:删除多余node的时候,需要同时删除map中的映射,
//因此node需要保存key值作为 map.remove() 的参数
if (capaciticy == cache.size()) {
Node last = cache.removeLast();
map.remove(last.k);
}
map.put(key, node);
cache.addFirst(node);
}
}
}