Redis底層原理 （Redis LRU算法）（三）

LRU緩存淘汰算法

LRU是（Least Recently Used）最近最少使用策略的縮寫，是根據數據的歷史訪問記錄來進行淘汰數據，其核心思想是“如果數據最近被訪問過，那麼將來被訪問的機率也更高”。

LRU 算法的核心數據結構就是哈希鏈表，雙向鏈表和哈希表的結合體。其設計思想：就是藉助哈希表賦予了鏈表快速查找的特性，可以快速查找某個 key 是否存在緩存（鏈表）中，同時可以快速刪除、添加節點。

哈希鏈表實現LRU

將Cache的所有位置都用雙鏈表連接起來，當一個位置被命中之後，通過調整鏈表的指向，將該位置調整到鏈表頭/尾的位置，新加入的Cache直接加到鏈表頭/尾中。

這樣，在多次進行Cache操作後，最近被命中的，就會被向鏈表頭/尾方向移動，而沒有命中的，而向鏈表尾/頭方向移動，鏈表尾/頭則表示最近最少使用的Cache。

當需要替換內容時候，鏈表的頭/尾節點就是最少被命中的位置，我們只需要淘汰鏈表這部分即可。

 LRU算法設計：

package com.wang.redis.lru;

import java.util.LinkedHashMap;

public class LRUCache {
    private  Node head;
    private Node end;

    // 哈希map
    private HashMap<String,Node> hashMap;
    //緩存存儲上限
    private int limit;

    public LRUCache(int limit){
        this.limit = limit;
        hashMap = new HashMap<>();
    }

    /**
     * 獲取節點，更新雙向鏈表中當前節點順序
     * @param key
     * @return
     */
    public String get(String key){
        Node node = hashMap.get(key);
        if(node == null){
            return null;
        }else{
            // 更新雙向鏈表
            refreshNode(node);
            return node.value;
        }
    }

    /**
     * Map 中已存在，則更新Value，並刷新當前節點
     * Map 中不存在，判斷容量，滿則刪除一個節點； 新建並添加節點。
     * @param key
     * @param value
     */
    public  void put(String key ,String value){
        Node node =  hashMap.get(key);
        if(node == null){
            if(hashMap.size()>= limit){
                String oldKey = removeNode(head);
                hashMap.remove(oldKey);
            }
            node = new Node(key,value);
            hashMap.put(key,node);
            addNode(node);
        }else{
            node.value=value;
            refreshNode(node);
        }
    }

    /**
     * 將指定節點從雙向鏈表中刪除
     * @param node
     * @return
     */
    public String removeNode(Node node){
        if(node == end){
            end = end.pre;
            end.next = null;
        }else if (node == head){
            head = head.next;
            head.pre = null;
        }else{
            node.pre.next = node.next;
            node.next.pre = node.pre;
        }
        return node.key;
    }

    /**
     * 尾部插入節點
     * @param node
     */
    public void addNode(Node node){
        if(end != null){
            end.next = node;
            node.pre = end;
            node.next = null;
        }
        end = node;
        if(head == null){
            head = node;
        }
    }

    /**
     * 刷新當前節點位置
     * @param node
     */
    public void refreshNode(Node node){
        if(node == end){
            return ;
        }
        removeNode(node);
        addNode(node);
    }
}
class Node{
    public String  key;
    public String value;
    public Node pre;
    public Node next;
    public Node(String key,String value ){
        this.key=key;
        this.value=value;
    }
}