LRU
LRU的定义
- LRU是一种页面置换算法，即当内存中没有空闲页面但又需要内存时，操作系统会选择内存中的一个页面进行淘汰。淘汰页面的规则称为页面置换算法，同样，这种淘汰页面的规则也适用于缓存淘汰。LRU全称是最近最久未使用算法，LRU算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间 T，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其 T 值最大的，即最近最久未使用的页面予以淘汰。根据局部性原理，当一个页面最近被访问，他很有可能再次被访问。因此LRU通常性能比较好。
LRU实现分析
- 我们假设将内存中所有到访的页面放置到链表中，新加入的数据尾插。内存中已经存在的页面被访问时，会将其移向链表的尾部。也就是说那些刚加入或者刚访问过的页面都会靠近链表尾部，因此最久未被使用的页面自然就在链表头部。当需要淘汰一个页面时，将链表头部的页面丢弃。
LRU基于链表和哈希表的实现
package collection.List;
import java.util.HashMap;
public class LRU<T> {
private int capacity;
private HashMap<Integer, ListNode> map;
private ListNode head; // 链表的头结点，next指向链表中的第一个元素
private ListNode tail; //链表的尾节点，链表的最后一个元素的next指向tail
// 设置一个head和tail是为了方便对链表中的头结点和尾节点进行操作。
private class ListNode { //双向链表，用来存储缓存的值
int key;
int val;
ListNode prev;
ListNode next;
public ListNode(){
}
public ListNode(int key, int val) {
this.key = key;
this.val = val;
}
}
public LRU(int capacity) {
this.capacity = capacity;
map = new HashMap<>();
head = new ListNode();
tail = new ListNode();
head.next = tail; // 初始情况下，头结点的next指向tail表示链表当前为空
tail.prev = head; // 初始情况下，tail节点的prev指向head
}
private void removeNode(ListNode node) { // 在链表中的移除node节点
node.prev.next = node.next;
node.next.prev = node.prev;
}
private void addNodeToLast(ListNode node) {
node.prev = tail.prev; // 首先将node的前驱节点设置为链表中的最后一个节点
node.prev.next = node; // 然后设置插入节点为原链表中最后一个节点的next
node.next = tail; //更新tail为当前插入节点的next
tail.prev= node; //更新tail的prev域
}
public void moveNodeToLast(ListNode node) {
removeNode(node); // 删除原节点
addNodeToLast(node); //将原节点的副本加入到链表尾部
}
public int get(int key) {
if(map.containsKey(key)) { // 如果值存在，则将其移动到链表尾部，并返回值
ListNode node = map.get(key);
moveNodeToLast(node);
return node.val;
} else {
return -1;
}
}
public void put(int key, int value) {
if(map.containsKey(key)){ // 如果哈希表记录中找到缓存中包含key
ListNode node = map.get(key);
node.val = value; // 则重新设置key所对应的value
map.replace(key, node);
moveNodeToLast(node); // 将原节点删除，并将其副本加入链表尾部
return;
}
if(map.size() == capacity){ // 如果哈希表中没有找到缓存，且链表满，则将链头节点移除，并在哈希表中将其删除
map.remove(head.next.key);
removeNode(head.next);
}
ListNode node = new ListNode(key, value);
map.put(key, node); // 将新节点用哈希表记录
addNodeToLast(node); // 新节点加入链表尾部
}
}