《征服数据结构》LFU缓存

摘要：

1，LFU的介绍

2，LFU元素的添加

3，LFU元素的读取

4，LFU完整代码实现

1，LFU的介绍

LFU(Least Frequently Used)最不经常使用算法，它和我们前面讲的《LRU缓存》类似，也是一种缓存淘汰策略。

在讲LRU缓存的时候，当缓存满了需要删除的时候，根据元素使用的时间来删除，越久没有被使用越容易被删除。

但这样会存在一个问题，比如一个元素使用的频率非常高，由于最近一段时间一直没有被使用，所以它很容易被删除，这个时候我们就可以考虑根据元素的使用频率来删除。当缓存满的时候，使用频率越低的越容易被删除，这个就是今天要讲的LFU缓存。

这里我们还是使用双向链表来实现LFU缓存，越靠近链表头部，元素使用的频率越低，越靠近链表尾部，元素使用的频率越高，也就是说链表从头到尾，元素的使用频率是递增的。当缓存满了，需要删除的时候，优先删除靠近头部的节点。

先来看下链表的节点类，在学习LFU缓存之前最好先看下之前讲的《双向链表》和《LRU缓存》。

Java 代码：

go 复制代码

// 双向链表的节点
class LinkedNode {
    int key, val;// 节点的key和val值
    int freq = 1;// 当前节点的操作的频率
    LinkedNode pre;// 指向前一个节点的指针
    LinkedNode next;// 指向后一个节点的指针
}

C++ 代码：

go 复制代码

// 双向链表的节点类
struct LinkedNode {
    int key{}, val{};// 节点的key和val值
    int freq = 1;// 当前节点的操作的频率
    LinkedNode *pre = nullptr;// 指向前一个节点的指针
    LinkedNode *next = nullptr;// 指向后一个节点的指针
};

2，LFU元素的添加

LFU中的元素是根据键值对存储在map中的，在添加新元素的时候，会按照它的频率插入到链表中。

如果有相同频率的元素存在，要按照使用时间顺序插入，具体插入方式就是使用时间越久的越靠头部，使用时间越近的越靠尾部。这样就能保证在删除具有相同频率的元素的时候，优先删除越久没被使用的。

因为插入的时候可能会涉及到元素数量的增加，所以如果在缓存满的时候还需要删除。

LFU元素添加的具体步骤如下：

1，如果key值存在，直接把value值替换掉，频率增加 1 ，然后根据它的频率重新插入到新的位置。