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帶有過期時間的LRU實(shí)現(xiàn)（Java版）

在很早之前學(xué)操作系統(tǒng)的時候見過這個算法，后來見到的越來越多，以至于刷面經(jīng)的時候也看到了，總結(jié)一下：

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一、什么是LRU

LRU全稱是Least Recently Used，即最近最久未使用的意思。也就是說：如果一個數(shù)據(jù)在最近一段時間沒有被使用，將來被使用的機(jī)會也比較小。

通常的使用場景就是緩存，比如說操作系統(tǒng)中的頁面置換算法。實(shí)現(xiàn)的方案有很多，我看了很多博客，大多是給了四五種。這里為了簡潔，只給出一種，是帶有過期時間的。其他的實(shí)現(xiàn)類似，就交給聰明的你吧!!

解決方案：利用鏈表加HashMap

每次來一個新數(shù)據(jù)，首先判斷map中是否含有，有的話就移動到隊(duì)頭，沒有的話就新建一個節(jié)點(diǎn)，然后放進(jìn)來就好，對于帶過期時間的功能，只需要為每一個節(jié)點(diǎn)放一個過期時間，只要到了這個時間就直接刪除即可。

還有一個問題：多線程環(huán)境下應(yīng)該加鎖，為了保證鎖的靈活性，我們使用ConcurrentHashMap。

OK，下面我們就開始實(shí)現(xiàn)：

二、代碼實(shí)現(xiàn)

1、定義節(jié)點(diǎn)

 
 
 
 
  
  
  
  //這個Node對用HashMap中每一個節(jié)點(diǎn)
  
  
  
  class Node implements Comparable {
  
  
  
      private String key;
  
  
  
      private Object value;
  
  
  
      private long expireTime;//注意這個過期時間是一個時間點(diǎn)，如11點(diǎn)11分
  
  
  
      public Node(String key, Object value, long expireTime) {
  
  
  
          this.value = value;
  
  
  
          this.key = key;
  
  
  
          this.expireTime = expireTime;
  
  
  
      }
  
  
  
      //按照過期時間進(jìn)行排序
  
  
  
      @Override
  
  
  
      public int compareTo(Node o) {
  
  
  
          long r = this.expireTime - o.expireTime;
  
  
  
          if (r > 0)  return 1;
  
  
  
          if (r < 0) return -1;
  
  
  
          return 0;
  
  
  
      }
  
  
  
  }

2、LRU實(shí)現(xiàn)

 
 
 
 
  
  
  
  public class LRU {
  
  
  
      // 變量1：用于設(shè)置清除過期數(shù)據(jù)的線程池
  
  
  
      private static ScheduledExecutorService swapExpiredPool 
  
  
  
                    = new ScheduledThreadPoolExecutor(10);
  
  
  
      // 變量2：用戶存儲數(shù)據(jù),為了保證線程安全，使用了ConcurrentHashMap
  
  
  
      private ConcurrentHashMap cache = new ConcurrentHashMap<>(1024);
  
  
  
      // 變量3：保存最新的過期數(shù)據(jù)，過期時間最小的數(shù)據(jù)排在隊(duì)列前
  
  
  
      private PriorityQueue expireQueue = new PriorityQueue<>(1024);
  
  
  
      // 構(gòu)造方法：只要有緩存了，過期清除線程就開始工作
  
  
  
      public LRU() {
  
  
  
          swapExpiredPool.scheduleWithFixedDelay(new ExpiredNode(), 3,3,TimeUnit.SECONDS);
  
  
  
      }
  
  
  
      //還有代碼。。。。。。。
  
  
  
  }

現(xiàn)在我們定義了幾個變量，然后還有一個構(gòu)造方法，意思是只要啟動了這個LRU，就開始清除。清除的線程是ExpiredNode。我們來看一下：

3、過期清除線程方法

這個方法也就是ExpiredNode，當(dāng)做一個內(nèi)部類在LRU中。

 
 
 
 
  
  
  
  public class ExpiredNode implements Runnable {
  
  
  
          @Override
  
  
  
          public void run() {
  
  
  
              // 第一步：獲取當(dāng)前的時間
  
  
  
              long now = System.currentTimeMillis();
  
  
  
              while (true) {
  
  
  
                  // 第二步：從過期隊(duì)列彈出隊(duì)首元素，如果不存在，或者不過期就返回
  
  
  
                  Node node = expireQueue.peek();
  
  
  
                  if (node == null || node.expireTime > now)return;
  
  
  
                  // 第三步：過期了那就從緩存中刪除，并且還要從隊(duì)列彈出
  
  
  
                  cache.remove(node.key);
  
  
  
                  expireQueue.poll();
  
  
  
              }// 此過程為while(true)，一直進(jìn)行判斷和刪除操作
  
  
  
          }
  
  
  
      }

現(xiàn)在知道了過期清除方法，下面看看如何添加數(shù)據(jù)。

4、set方法

 
 
 
 
  
  
  
  public Object set(String key, Object value, long ttl) {
  
  
  
          // 第一步：獲取過期時間點(diǎn)
  
  
  
          long expireTime = System.currentTimeMillis() + ttl;
  
  
  
          // 第二步：新建一個節(jié)點(diǎn)
  
  
  
          Node newNode = new Node(key, value, expireTime);
  
  
  
          // 第三步：cache中有的話就覆蓋，沒有就添加新的，過期時間隊(duì)列也要添加
  
  
  
          Node old = cache.put(key, newNode);
  
  
  
          expireQueue.add(newNode);
  
  
  
          // 第四步：如果該key存在數(shù)據(jù)，還要從過期時間隊(duì)列刪除
  
  
  
          if (old != null) {
  
  
  
              expireQueue.remove(old);
  
  
  
              return old.value;
  
  
  
          }
  
  
  
          return null;
  
  
  
      }

5、get方法

這個方法就比較簡單了，直接獲取即可。

 
 
 
 
  
  
  
  public Object get(String key) {
  
  
  
      //第一步：從cache直接獲取，注意這個cache是一個HashMap
  
  
  
      Node n = cache.get(key);
  
  
  
      //第二步：如果n為空那就返回為null,不為空就返回相應(yīng)的值
  
  
  
      return n == null ? null : n.value;
  
  
  
  }

注意以上345的代碼都存放在LRU中。

過期時間的我們已經(jīng)知道了，其實(shí)就是添加了一個過期時間隊(duì)列，和一個過期清除的線程，清除的時候使用while(true)每次判斷隊(duì)列隊(duì)首是否過期，然后判斷是否返回和清除。設(shè)置方法的時候還要把新的node添加到queue，把舊的移除掉。而且我們使用了ConcurrentHashMap保證了線程安全。

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「愚公要移山」，可以通過以下二維碼關(guān)注。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系愚公要移山公眾號。

OK，今天的代碼就先寫到這。

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