浅谈java如何实现Redis的LRU缓存机制

目录

• LRU概述
• 使用LinkedHashMap实现
• 使用LinkedHashMap简单方法实现
• 双链表+hashmap

LRU概述

最近使用的放在前面,最近没用的放在后面,如果来了一个新的数,此时内存满了,就需要把旧的数淘汰,那为了方便移动数据,肯定就得使用链表类似的数据结构,再加上要判断这条数据是不是最新的或者最旧的那么应该也要使用hashmap等key-value形式的数据结构。

使用LinkedHashMap实现

package thread;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

public class LRUCacheTest {
    int capacity;
    Map<Integer,Integer> map;

    public LRUCacheTest(int capacity){
        this.capacity = capacity;
        map = new LinkedHashMap<>();
    }

    public int get(int key){
        //没有找到
       if(!map.containsKey(key)){
          return -1;
       }
       Integer value = map.remove(key);
       map.put(key,value);
       return value;
    }

    public void put(int key,int value){
        if(map.containsKey(key)){
           map.remove(key);
           map.put(key,value);
           return;
        }
        map.put(key,value);
        //超出capacity，删除最久没用的即第一个,或者可以复写removeEldestEntry方法
        if(map.size() > capacity){
           map.remove(map.entrySet().iterator().next().getKey());
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        LRUCacheTest lruCache = new LRUCacheTest(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            lruCache.map.put(i,i);
            System.out.print(lruCache.map.size()+"\t");
        }
        System.out.println();
        System.out.println(lruCache.map);
        lruCache.put(10,200);
        System.out.println(lruCache.map);
        lruCache.put(11,100);
        System.out.println(lruCache.map);
        lruCache.get(2);
        System.out.println(lruCache.map);
    }

}

结果来看是正确的,距离当前时间最远的数据被淘汰

使用LinkedHashMap简单方法实现

LinkedHashMap是维护了双向链表的HashMap,保持了插入元素的顺序。

LinkedHashMap提供了一个钩子方法,在新插入元素后可以决定是否删除最老的元素。

复写removeEldestEntry实现

package thread;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

public class LRUByLinkedHashMap extends LinkedHashMap<Integer,Integer> {
    /**
     * LRU中最大元素数量
     */
    private int maxSize;

    public LRUByLinkedHashMap(int maxSize) {
        // 容量为最大值/0.75，即最大负载容量为maxSize
        // accessOrder=true  根据查询排序，即最近被使用的放到后面
        super((int) Math.ceil(maxSize / 0.75) + 1, 0.75f, true);
        this.maxSize = maxSize;
    }

    /**
     * 此方法为钩子方法，map插入元素时会调用此方法
     * 此方法返回true则证明删除最老的因子
     * @param eldest
     * @return
     */
    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Integer, Integer> eldest) {
        return size() > maxSize;
    }

    public static void main(String[] args) {
        LRUByLinkedHashMap hashMap = new LRUByLinkedHashMap(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            hashMap.put(i,i);
            System.out.print(hashMap.size()+"\t");
        }
        System.out.println();
        System.out.println(hashMap);
        hashMap.put(10,200);
        System.out.println(hashMap);
        hashMap.put(11,100);
        System.out.println(hashMap);
        hashMap.get(10);
        System.out.println(hashMap);
    }

}

双链表+hashmap

package thread;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class LRURedis {
    private int capacity;
    private Map<Integer,ListNode> map;
    private ListNode head;
    private ListNode tail;

    public LRURedis(int capacity){
      this.capacity = capacity;
      map = new HashMap<>();
      head = new ListNode(-1,-1);
      tail = new ListNode(-1,-1);
      head.next = tail;
      tail.pre = head;
    }

    public int get(int key){
        if(!map.containsKey(key)){
           return -1;
        }
        ListNode node = map.get(key);
        node.pre.next = node.next;
        node.next.pre = node.pre;
        return node.val;
    }

    public void put(int key,int value){
        if (get(key)!=-1){
            map.get(key).val = value;
            return;
        }

        ListNode node = new ListNode(key,value);
        map.put(key,node);
        moveToTail(node);

        if (map.size() > capacity){
            map.remove(head.next.key);
            head.next = head.next.next;
            head.next.pre = head;
        }

    }

    //把节点移动到尾巴
    private void moveToTail(ListNode node) {
        node.pre = tail.pre;
        tail.pre = node;
        node.pre.next = node;
        node.next = tail;
    }

    //定义双向链表节点
    private class ListNode{
        int key;
        int val;
        ListNode pre;
        ListNode next;

        //初始化双向链表
        public ListNode(int key,int val){
          this.key = key;
          this.val = val;
          pre = null;
          next = null;
        }
    }
}

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