如何实现的LRU缓存淘汰策略?
摘要:# LRU 缓存 [题目链接](https:leetcode.cnproblemslru-cache) LRU,即**Least-Recently-Used**。是一种高速缓存替换策略,是一种缓存机制。主要是利用**局部性原理**
LRU 缓存
题目链接
LRU,即Least-Recently-Used。是一种高速缓存替换策略,是一种缓存机制。主要是利用局部性原理。
局部性原理分两种,空间局部性和时间局部性。
在一个具有良好时间局部性的程序中,被引用过一次的内存位置很可能在不远的将来再被多次应用。
在一个具有良好空间局部性的程序中,如果一个内存位置被引用了一次,那么程序很可能在不远的将来引用附近的一个内存位置。
显然,LRU是利用到了时间局部性。
在CSAPP的P434 组相联高速缓存中不命中时的行替换 出现。
最近最少使用(LRU)策略会替换最后一次访问时间最久远的那一行。
题目分析
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 key 已经存在,则变更其数据值 value ;如果不存在,则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ,则应该 逐出 最久未使用的关键字。函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。
来源:力扣(LeetCode)
这是一道很优秀的设计问题,而不是关于某个问题的算法。
题目要求你利用相关的知识,设计一个能够简单实现LRU 缓存机制的类。
根据刚刚所说的CSAPP中的背景知识,可以知道要设计出的类:
需要存储每个键值。(put函数插入,get函数查询)
键值对(key,value)需要用哈希表来存储。(O(1) 的平均时间复杂度)
那现在留下的问题就是,如何做到逐出。
队列
首先可以想到,利用队列的先进先出原则。
如果使用了,就将它拿出,再插入到队列中。
队首为最久未使用,队尾为最近使用。
那么如何逐出?拿出怎么做到?这里就遇到了难以删除的问题。
双向链表
所以,下面介绍双向链表的解法。
双向链表可以直接访问到尾部。尾部代表最久未使用。
链表方便插入和删除。
根据键值,利用哈希表能定位到对应的存储节点。
内存泄漏?
双向链表可以利用指向关系做到删除,将节点剔除于链表外。
然而我们在剔除后,对于访问的节点来说,还需要再加到头部节点。而对于没有访问的节点,我们需要真正删除它。
所以代码中有两个delete函数,来避免内存泄漏。
