在 Java 中实现 LRU 缓存答案

【问题标题】：Implementing LRU Cache in Java在 Java 中实现 LRU 缓存
【发布时间】：2021-01-16 03:32:52
【问题描述】：

问题：定义一个固定大小的 LRU 缓存，支持对 E 类型的对象进行分期 O(1) 操作。每个对象都有一个唯一的 id。本题包含问题描述和几种解决方法：LRU cache in Java with Generics and O(1) operations

不起作用的可能解决方案：只创建一个链表和一个HashMap。维护 LinkedList 和 HashMap。 hashmap 包含链表中每个节点的地址。

可以通过以下方式从缓存中删除条目：

node = hashmap.get(elem.id);
node.prev.next = node.next;
node.next.prev = node.prev;
hashmap.remove(elem.id)

（为简洁起见，此处忽略极端情况）

这里的问题是 Java 的 LinkedList 类似乎没有公开列表中的各个节点。所以我不能将他们的地址存储在哈希图中。有解决方法吗？大多数现有解决方案都实现了自己的 DoubleLinkedList 类。我可以使用/扩展 Java Collections Framework 中的现有类吗？

【问题讨论】：

如果没有构建自己的链表和哈希映射，您可能无法做到这一点。或者您可以专门为此使用LinkedHashMap constructor。

标签： java guava

【解决方案1】：

对于 LRU 缓存，简单的解决方案是使用 LinkedHashMap 并将 accessOrder 设置为 true 创建它。这告诉地图按上次访问时间而不是插入时间对地图条目进行排序。该课程的javadoc 更详细地解释了它的作用。

如果您想实现自动缓存删除，请扩展 LinkedHashMap 并覆盖 removeEldestEntry 以实施您首选的删除策略。该方法的javadoc 有一个示例，将缓存大小限制为固定数量的条目。

您没有问，但是以这种方式实现的 LRU 缓存的复杂性通常与 LinkedHashMap 相同。它将为 O(1)（摊销）用于条目插入、查找和删除。

【讨论】：

假设缓存中的每个元素都有一个固定的优先级，它被存储为一个属性。我想在缓存已满时删除优先级最低的元素。我怎样才能通过覆盖只接受一个参数的受保护布尔 removeEldestEntry(Map.Entry eldest) 来做到这一点？这是否会改变解决方案的预期运行时复杂性？
嗯，这是一个不同的问题。在 LRU 缓存中，您删除最近最少使用的缓存条目。如果您根据优先级删除元素，则它不是 LRU 缓存。 LinkedHashMap 仅适用于 LRU 和“最旧”的插入时间缓存。（但是，是的，它改变了任何解决方案的预期运行时复杂性。）
我同意。谢谢。

【解决方案2】：

这里有一个解决方案，它只在 LRU 缓存中实现了 get() 方法，分摊的 O(1) 时间。它还可以在 O(1) 时间内实现 add(E) 和 removeOldest() 操作。唯一的缺点是它在链表中创建了空节点，这会浪费内存。

class LRUCache<E> {
  public E get(String id) {
    if (!addresses.containsKey(id)) return null;
    List<E> valList = addresses.get(id);
    E val = valList.get(0);
    valList.clear();
    List<E> newList = List.of(val);
    list.add(newList);  // O(1) time
    addresses.put(id, newlist);
    return val;
  }

  HashMap<String, List<E>> addresses;
  LinkedList<List<E>> list;
}

【讨论】：