利用LinkedHashMap实现一个LRU缓存

一、什么是 LRU

LRU是 Least Recently Used 的缩写，即最近最少使用 ，是一种常用的页面置换算法，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。

简单的说就是，对于一组数据，例如：int[] a = {1,2,3,4,5,6}，如果1,2这几个数字经常被使用，那么会排在3,4,5,6的后面，数组变成如下：int[] a = {3,4,5,6,1,2}，如果一个数字，经常不被使用，就会排在最前面！

LRU 算法，一般用于热点数据的查询，比如新闻信息，越是能被用户看得多的新闻，越有可能被别的用户所看到，对于那种基本没人访问的新闻，基本都类似存入大海！

在 Java 中，就有这么一个集合类实现了这个功能，它就是LinkedHashMap ！

二、LinkedHashMap 实现介绍

我们都知道，在java集合中，LinkedHashMap 继承自 HashMap，底层是一个双向链表的数据结构，与 HashMap 不同的是，LinkedHashMap 初始化阶段有个参数accessOrder ，默认是false。

java 复制代码

public class LinkedHashMap<K,V>
    extends HashMap<K,V>
    implements Map<K,V>{
    /**双向链表的头节点*/
    transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
    /**双向链表的尾节点*/
    transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
    /**
      * 1、如果accessOrder为true的话，则会把访问过的元素放在链表后面，放置顺序是访问的顺序
      * 2、如果accessOrder为false的话，则按插入顺序来遍历
      */
      final boolean accessOrder;
}

如果传入的是true，则会把最近访问过的元素放在链表后面，放置顺序是访问的顺序，测试如下：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
        //accessOrder默认为false
        Map<String, String> accessOrderFalse = new LinkedHashMap<>();
        accessOrderFalse.put("1","1");
        accessOrderFalse.put("2","2");
        accessOrderFalse.put("3","3");
        accessOrderFalse.put("4","4");
        System.out.println("acessOrderFalse："+accessOrderFalse.toString());

        //accessOrder设置为true
        Map<String, String> accessOrderTrue = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);
        accessOrderTrue.put("1","1");
        accessOrderTrue.put("2","2");
        accessOrderTrue.put("3","3");
        accessOrderTrue.put("4","4");
        accessOrderTrue.get("2");//获取键2
        accessOrderTrue.get("3");//获取键3
        System.out.println("accessOrderTrue："+accessOrderTrue.toString());
}

输出结果如下：

java 复制代码

acessOrderFalse：{1=1, 2=2, 3=3, 4=4}
accessOrderTrue：{1=1, 4=4, 2=2, 3=3}

可以得知，当我们将accessOrder设置为true的时候，经常被访问的元素会放入前面！

我们利用这个特性，使用 LinkedHashMap 来实现一个 LRU 缓存，操作如下：

创建一个 LinkedHashMap 对象，将accessOrder设置为true；
设定 LinkedHashMap 的容量为n，超过这个值就删除多余的元素；
重写 LinkedHashMap 中removeEldestEntry()方法；

其中removeEldestEntry()表示，如果返回的是true，就会移除最近不被使用的元素 ，如果返回false，不做任何操作，这个方法每次在add()的时候就会调用。

创建一个 LRU 缓存类，内容如下：

java 复制代码

public class LRULinkedHashMap<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {

    //创建一个容量为3的LinkedHashMap
    private static final int MAX_SIZE = 3;

    /**
     * 重写LinkedHashMap中removeEldestEntry方法
     * @param eldest
     * @return
     */
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
        //如果容器中的元素个数大于MAX_SIZE，在每次添加元素的时候，移除容器中最近不被使用的元素
        return size() > MAX_SIZE;
    }

    public LRULinkedHashMap() {
        //设置LinkedHashMap初始化容量，负载因子为0.75f，accessOrder设置为true
        super(MAX_SIZE, 0.75f, true);
    }
}

测试使用：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    LRULinkedHashMap<String,String> cache = new LRULinkedHashMap<String,String>();
    cache.put("1","a");
    cache.put("2","b");
    cache.put("3","c");
    System.out.println("初始cache内容：" + cache.toString());
    cache.get("2");
    System.out.println("查询key为2的元素之后，cache内容：" + cache.toString());
    cache.put("4","d");
    System.out.println("添加新的元素之后，cache内容：" + cache.toString());
}

输出结果如下：

java 复制代码

初始cache内容：{1=a, 2=b, 3=c}
查询key为2的元素之后，cache内容：{1=a, 3=c, 2=b}
添加新的元素之后，cache内容：{3=c, 2=b, 4=d}

三、小结

在实际的业务开发过程中，LRU 算法应用比较广泛，比如热点排行榜，设置容量为3的时候，会将不常用的新闻移除，保留最新的热点信息。

写到最后

不会有人刷到这里还想白嫖吧？点赞对我真的非常重要！在线求赞。加个关注我会非常感激！

本文已整理到技术笔记中，此外，笔记内容还涵盖 Spring、Spring Boot/Cloud、Dubbo、JVM、集合、多线程、JPA、MyBatis、MySQL、微服务等技术栈。

需要的小伙伴可以点击技术笔记获取！