Redies 淘汰策略的 LRU 算法你知道吗?

2022-01-07 15:37:56 浏览数 (1)

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Redis作为高效的缓存工具,在面试的时候常常会被问到。

最近有个小伙伴跟我诉苦,说他面试的时候被问到Redis的淘汰策略,这个问题他是有准备的

Redis 中有下面八种内存淘汰策略:

noeviction:默认策略,当内存达到设置的最大值时,所有申请内存的操作都会报错(如set,lpush等),只读操作如get命令可以正常执行; allkeys-lru:所有key使用LRU算法淘汰; allkeys-lfu:所有key使用LFU算法淘汰;allkeys-random:所有key使用随机淘汰; volatile-lru:设置了过期时间的key使用LRU算法淘汰; volatile-lfu:设置了过期时间的key使用LFU算法淘汰; volatile-random:设置了过期时间的key使用随机淘汰; volatile-ttl:设置了过期时间的key根据过期时间淘汰,越早过期越早淘汰;

可紧接着面试官问到LRU的实现,他之前知道有被问过LRU的,但是觉得比较复杂,心想自己应该不会遇到,所以暂时就没准备。

奈何不巧,这还就真的考到了! 结果自然GG...

今天我们就来看看这个LRU算法的实现吧:

LRU算法

LRU(Least Recently Used)表示最近最少使用,该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

LRU算法的常见实现方式为链表:

新数据放在链表头部 ,链表中的数据被访问就移动到链头,链表满的时候从链表尾部移出数据。

实现 LRUCache 类:

LRUCache(int capacity)

以正整数作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存

int get(int key)

如果关键字 key 存在于缓存中,则返回关键字的值,否则返回 -1 。

void put(int key, int value)

如果关键字已经存在,则变更其数据值;

如果关键字不存在,则插入该组「关键字-值」。

当缓存容量达到上限时,它应该在写入新数据之前删除最久未使用的数据值,从而为新的数据值留出空间。

LRU的核心就是借助哈希 双链表

哈希用于查询,双链表实现删除,只知道当前节点也能删除,不过双链表需要考虑的头尾指针特殊情况。

对于这个情况,你需要能够手写双链表:

代码语言:javascript复制
class LRUCache {
    
    //存储数据的链表节点
    class Node {
        int key;
        int value;
        Node pre;
        Node next;
        public Node() {
        }
        public Node( int key,int value) {
            this.key = key;
            this.value=value;
        }
    }
    
    // 双向链表
    class DoubleList{
        private Node head;// 头节点
        private Node tail;// 尾节点
        private int length;
        public DoubleList() {
            head = new Node(-1,-1);
            tail = head;
            length = 0;
        }
        void add(Node teamNode)// 默认尾节点插入
        {
            tail.next = teamNode;
            teamNode.pre=tail;
            tail = teamNode;
            length  ;
        }
        void deleteFirst(){
            if(head.next==null)
                return;
            if(head.next==tail)//如果删除的那个刚好是tail,tail指针前面移动
                tail=head;
            head.next=head.next.next;

            if(head.next!=null)
                head.next.pre=head;
            length--;
        }
        void deleteNode(Node team){
            team.pre.next=team.next;
            if(team.next!=null)
                team.next.pre=team.pre;
            if(team==tail)
                tail=tail.pre;
           team.pre=null;
           team.next=null;
            length--;
        }
    }
    
    Map<Integer,Node> map=new HashMap<>();
    DoubleList doubleList;//存储顺序
    int maxSize;
    LinkedList<Integer>list2=new LinkedList<>();

    public LRUCache(int capacity) {
        doubleList=new DoubleList();
        maxSize=capacity;
    }
    
    public int get(int key) {
        int val;
        if(!map.containsKey(key))
            return  -1;
        val=map.get(key).value;
        Node team=map.get(key);
        doubleList.deleteNode(team);
        doubleList.add(team);
        return  val;
    }

    public void put(int key, int value) {
        if(map.containsKey(key)){// 已经有这个key 不考虑长短直接删除然后更新
           Node deleteNode=map.get(key);
            doubleList.deleteNode(deleteNode);
        }
        else if(doubleList.length==maxSize){//不包含并且长度小于
            Node first=doubleList.head.next;
            map.remove(first.key);
            doubleList.deleteFirst();
        }
       Node node=new Node(key,value);
        doubleList.add(node);
        map.put(key,node);

    }
}

当然Redis是基于C的,这里我们只是基于熟悉的Java进行实现,思路是相同的。

我们还可以发现 LinkedHashMap其实也是这种哈希 双链表的数据结构!

代码语言:javascript复制


class LRUCache extends LinkedHashMap<Integer, Integer>{
    private int capacity;

    public LRUCache(int capacity) {
        super(capacity, 0.75F, true);
        this.capacity = capacity;
    }

    public int get(int key) {
        return super.getOrDefault(key, -1);
    }

    public void put(int key, int value) {
        super.put(key, value);
    }

    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Integer, Integer> eldest) {
        return size() > capacity; 
    }
}

但是一般面试官,既然这样问了,肯定是希望咱们能自己实现写一个双链表的。

希望本文对你有帮助 !

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