手写Redis淘汰策略中lru算法（删除最近未使用的值） java版

Posted 2023-01-16 是Cc哈

1.题目描述：请见leetcode （LRU缓存机制）

2.实现思路：
通过HashMap + 双向链表实现
HashMap：保证查询的时间复杂度是O（1）
双向链表：链表特性，增删元素速度快，链表由头节点+中间节点+尾节点构成，每个节点有前节点和后节点，构成一个双向队列。

3.图解：

put方法:先判断当前节点数量是否等于设置的catchsize，
若等于，则删除tail节点的上一个节点，实现删除最长时间未使用的功能
若小于，再判断是否已经存在这个key了，
若存在，则修改value，再将这个节点放到head节点之后，删除原节点
若不存在，将增加的节点添加到head节点之后

get方法：先判断是否存在这个key
若不存在，返回-1
若存在，获取value值，并将该节点放到head节点之后，并删除原节点，这样做是为了表示该节点最近被使用过。

3.代码实现：

package com.chenchen.demo;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * 手写LRU算法
 * @author chenchen
 */
public class LRUCatchDemo 

    // Node节点
    static class Node<K, V> 
        // key
        K key;
        // value
        V value;
        // 前节点
        Node<K, V> prev;
        // 后节点
        Node<K, V> next;

        public Node() 
            this.prev = null;
            this.next = null;
        

        public Node(K key, V value) 
            this.key = key;
            this.value = value;
        
    

    // 双向队列
    class DoubleLinkedList<K, V> 

        // 头节点
        Node<K, V> head;
        // 尾节点
        Node<K, V> tail;

        DoubleLinkedList() 
            head = new Node<>();
            tail = new Node<>();
            this.head.next = this.tail;
            this.tail.prev = this.head;
        

        // 向队列中添加Node节点到头节点的下一个
        public void addHead(Node<K, V> node) 
            node.next = this.head.next;
            node.prev = this.head;
            this.head.next.prev = node;
            this.head.next = node;
        

        // 向队列删除一个节点
        public void removeNode(Node<K, V> node) 
            node.next.prev = node.prev;
            node.prev.next = node.next;
            node.prev = null;
            node.next = null;
        

        // 找出队列中最长时间未使用的节点
        public Node<K, V> getLast() 
            return this.tail.prev;
        
    

    // DoubleLinkedList的容量
    private static int catchSize;
    private static Map<Integer, Node<Integer, Integer>> map;
    private static DoubleLinkedList<Integer,Integer> doubleLinkedList;

    public LRUCatchDemo(int catchSize) 
        this.catchSize = catchSize;
        map = new HashMap<>();
        doubleLinkedList = new DoubleLinkedList<>();
    

    // 获取get方法
    public static int get(int key) 
        if (!map.containsKey(key)) 
            return -1;
         else 
            Node<Integer, Integer> node = map.get(key);
            // 使用后，需将该节点放到头节点
            doubleLinkedList.removeNode(node);
            doubleLinkedList.addHead(node);
            return node.value;
        
    

    // 添加put方法
    public static void put(Integer key, Integer value) 
        // 如果存在key则更新value值
        if (map.containsKey(key)) 
            Node<Integer, Integer> node = map.get(key);
            node.value = value;
            map.put(key, node);
            doubleLinkedList.removeNode(node);
            doubleLinkedList.addHead(node);
         else 
            // 达到容量峰值，删除最久未使用的node
            if (map.size() == catchSize) 
                Node<Integer, Integer> last = doubleLinkedList.getLast();
                map.remove(last.key);
                doubleLinkedList.removeNode(last);
            
            Node<Integer, Integer> node = new Node<>(key, value);
            map.put(key, node);
            doubleLinkedList.addHead(node);
        
    

    public static void main(String[] args) 
        LRUCatchDemo lRUCache = new LRUCatchDemo(2);
        LRUCatchDemo.put(1, 1); // 缓存是 1=1
        System.out.println(LRUCatchDemo.map.keySet());
        LRUCatchDemo.put(2, 2); // 缓存是 1=1, 2=2
        System.out.println(LRUCatchDemo.map.keySet());
        System.out.println(LRUCatchDemo.get(1));    // 返回 1
        LRUCatchDemo.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 1=1, 3=3
        System.out.println(LRUCatchDemo.map.keySet());
        System.out.println(LRUCatchDemo.get(2));    // 返回 -1 (未找到)
        LRUCatchDemo.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 4=4, 3=3
        System.out.println(LRUCatchDemo.map.keySet());
        System.out.println(LRUCatchDemo.get(1));    // 返回 -1 (未找到)
        System.out.println(LRUCatchDemo.get(3));    // 返回 3
        System.out.println(LRUCatchDemo.map.keySet());
        System.out.println(LRUCatchDemo.get(4));    // 返回 4
    

4.测试结果：