面試經(jīng)常問你的LRU算法
—————? 兩個(gè)月前? —————
用戶信息當(dāng)然是存在數(shù)據(jù)庫里。但是由于我們對用戶系統(tǒng)的性能要求比較高，顯然不能每一次請求都去查詢數(shù)據(jù)庫。
所以，小灰在內(nèi)存中創(chuàng)建了一個(gè)哈希表作為緩存，每次查找一個(gè)用戶的時(shí)候先在哈希表中查詢，以此提高訪問性能。
很快，用戶系統(tǒng)上線了，小灰美美地休息了幾天。
一個(gè)多月之后......
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什么是哈希鏈表呢？
我們都知道，哈希表是由若干個(gè)Key-Value所組成。在“邏輯”上，這些Key-Value是無所謂排列順序的，誰先誰后都一樣。
在哈希鏈表當(dāng)中，這些Key-Value不再是彼此無關(guān)的存在，而是被一個(gè)鏈條串了起來。每一個(gè)Key-Value都具有它的前驅(qū)Key-Value、后繼Key-Value，就像雙向鏈表中的節(jié)點(diǎn)一樣。
這樣一來，原本無序的哈希表擁有了固定的排列順序。
讓我們以用戶信息的需求為例，來演示一下LRU算法的基本思路：
1.假設(shè)我們使用哈希鏈表來緩存用戶信息，目前緩存了4個(gè)用戶，這4個(gè)用戶是按照時(shí)間順序依次從鏈表右端插入的。
2.此時(shí)，業(yè)務(wù)方訪問用戶5，由于哈希鏈表中沒有用戶5的數(shù)據(jù)，我們從數(shù)據(jù)庫中讀取出來，插入到緩存當(dāng)中。這時(shí)候，鏈表中最右端是最新訪問到的用戶5，最左端是最近最少訪問的用戶1。
3.接下來，業(yè)務(wù)方訪問用戶2，哈希鏈表中存在用戶2的數(shù)據(jù)，我們怎么做呢？我們把用戶2從它的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)和后繼節(jié)點(diǎn)之間移除，重新插入到鏈表最右端。這時(shí)候，鏈表中最右端變成了最新訪問到的用戶2，最左端仍然是最近最少訪問的用戶1。
4.接下來，業(yè)務(wù)方請求修改用戶4的信息。同樣道理，我們把用戶4從原來的位置移動(dòng)到鏈表最右側(cè)，并把用戶信息的值更新。這時(shí)候，鏈表中最右端是最新訪問到的用戶4，最左端仍然是最近最少訪問的用戶1。
5.后來業(yè)務(wù)方換口味了，訪問用戶6，用戶6在緩存里沒有，需要插入到哈希鏈表。假設(shè)這時(shí)候緩存容量已經(jīng)達(dá)到上限，必須先刪除最近最少訪問的數(shù)據(jù)，那么位于哈希鏈表最左端的用戶1就會(huì)被刪除掉，然后再把用戶6插入到最右端。
以上，就是LRU算法的基本思路。
privateNode head;privateNodeend;//緩存存儲(chǔ)上限privateint limit;privateHashMap<String,Node> hashMap;publicLRUCache(int limit){? ?this.limit = limit;? ?hashMap =newHashMap<String,Node>();}publicStringget(String key){? ?Node node = hashMap.get(key);? ?if(node ==null){? ? ? ?returnnull;? ?}? ?refreshNode(node);? ?return node.value;}publicvoid put(String key,String value){? ?Node node = hashMap.get(key);? ?if(node ==null){? ? ? ?//如果key不存在，插入key-value? ? ? ?if(hashMap.size()>= limit){? ? ? ? ? ?String oldKey = removeNode(head);? ? ? ? ? ?hashMap.remove(oldKey);? ? ? ?}? ? ? ?node =newNode(key, value);? ? ? ?addNode(node);? ? ? ?hashMap.put(key, node);? ?}else{? ? ? ?//如果key存在，刷新key-value? ? ? ?node.value = value;? ? ? ?refreshNode(node);? ?}}publicvoid remove(String key){? ?Node node = hashMap.get(key);? ?removeNode(node);? ?hashMap.remove(key);}/*** 刷新被訪問的節(jié)點(diǎn)位置* @param ?node 被訪問的節(jié)點(diǎn)*/privatevoid refreshNode(Node node){? ?//如果訪問的是尾節(jié)點(diǎn)，無需移動(dòng)節(jié)點(diǎn)? ?if(node ==end){? ? ? ?return;? ?}? ?//移除節(jié)點(diǎn)? ?removeNode(node);? ?//重新插入節(jié)點(diǎn)? ?addNode(node);}/*** 刪除節(jié)點(diǎn)* @param ?node 要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)*/privateString removeNode(Node node){? ?if(node ==end){? ? ? ?//移除尾節(jié)點(diǎn)? ? ? ?end=end.pre;? ?}elseif(node == head){? ? ? ?//移除頭節(jié)點(diǎn)? ? ? ?head = head.next;? ?}else{? ? ? ?//移除中間節(jié)點(diǎn)? ? ? ?node.pre.next= node.next;? ? ? ?node.next.pre = node.pre;? ?}? ?return node.key;}/*** 尾部插入節(jié)點(diǎn)* @param ?node 要插入的節(jié)點(diǎn)*/privatevoid addNode(Node node){? ?if(end!=null){? ? ? ?end.next= node;? ? ? ?node.pre =end;? ? ? ?node.next=null;? ?}? ?end= node;? ?if(head ==null){? ? ? ?head = node;? ?}}classNode{? ?Node(String key,String value){? ? ? ?this.key = key;? ? ? ?this.value = value;? ?}? ?publicNode pre;? ?publicNodenext;? ?publicString key;? ?publicString value;}publicstaticvoid main(String[] args){? ?LRUCache lruCache =newLRUCache(5);? ?lruCache.put("001","用戶1信息");? ?lruCache.put("002","用戶1信息");? ?lruCache.put("003","用戶1信息");? ?lruCache.put("004","用戶1信息");? ?lruCache.put("005","用戶1信息");? ?lruCache.get("002");? ?lruCache.put("004","用戶2信息更新");? ?lruCache.put("006","用戶6信息");? ?System.out.println(lruCache.get("001"));? ?System.out.println(lruCache.get("006"));}
需要注意的是，這段不是線程安全的，要想做到線程安全，需要加上synchronized修飾符。
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