LRU(cache)
LRU 介绍
缓存是一种提高数据读取性能的技术。但是对于计算机来说&＃xff0c;并不可能缓存所有的数据&＃xff0c;在达到它的临界空间时&＃xff0c;我们需要通过一些规则用新的数据取代掉一部分的缓存数据。这时候你会如果选择替换呢&＃xff1f;
替换的策略有很多种&＃xff0c;常用的有以下几种:
● FIFO (先进先出策略)
● LFU (最少使用策略)
● LRU (最近最少使用策略)
● NMRU (在最近没有使用的缓存中随机选择一个替换)
介于我这篇主要实现 LRU&＃xff0c;所以就不去介绍其他的了&＃xff0c;可以自行去了解。
假设你已经有 5 个女朋友了&＃xff0c;此时你成功勾搭上一个新女朋友&＃xff0c;在你沉迷女色的同时&＃xff0c;你惊奇的发现&＃xff0c;你已经不能像年轻时一样以一敌六了&＃xff0c;你必须舍弃若干个女朋友&＃xff0c;这时候&＃xff0c;身拥六个女朋友的渣男你&＃xff0c;彻底展示出你的渣男本色&＃xff0c;和最近最少秀恩爱的小姐姐说再见&＃xff1a;“对不起&＃xff0c;国篮此时需要我挺身发边线球&＃xff0c;我楠辞琦咎&＃xff0c;再见。”&＃xff0c;就这样在你成功勾搭一个新小姐姐&＃xff0c;你的身体临界点的同时&＃xff0c;你就必须舍弃其他的小姐姐。
下面来张实际点的图搞清楚他的原理。
基于上述图片&＃xff0c;我们知道&＃xff0c;对于 LRU 的操作&＃xff0c;无非在于插入 (insert), 删除 (delete)&＃xff0c;以及替换&＃xff0c;针对替换来说&＃xff0c;如果缓存空间满了&＃xff0c;那么就是 insert to head and delete for tail。如果未满&＃xff0c;也分为两种&＃xff0c;一种是缓存命中的话&＃xff0c;只需要把缓存的值 move to head。如果之前不存在&＃xff0c;那么就是 insert to head。
实现过程
接下来就是数据结构的选择了。数组的存储是连续的内存空间&＃xff0c;虽然查询的时间复杂度是 O (1), 但是删除和插入为了保存内存空间的连续性&＃xff0c;需要进行搬移&＃xff0c;那么时间复杂度就是 O (n), 为了实现能快速删除&＃xff0c;故而采用双向链表。但是链表的查询时间复杂度是 O (n), 那么就需要 hash table。屁话说了这么多&＃xff0c;代码实现。其实之前刷过这道题目。特地拿出来讲一下。
class LRUCache {
private $capacity;
private $list;
/**
* &＃64;param Integer $capacity
*/
function __construct($capacity) {
$this->capacity&＃61;$capacity;
$this->list&＃61;new HashList();
}
/**
* &＃64;param Integer $key
* &＃64;return Integer
*/
function get($key) {
if($key<0) return -1;
return $this->list->get($key);
}
/**
* &＃64;param Integer $key
* &＃64;param Integer $value
* &＃64;return NULL
*/
function put($key, $value) {
$size&＃61;$this->list->size;
$isHas&＃61;$this->list->checkIndex($key);
if($isHas || $size&＃43;1 > $this->capacity){
$this->list->removeNode($key);
}
$this->list->addAsHead($key,$value);
}
}
class HashList{
public $head;
public $tail;
public $size;
public $buckets&＃61;[];
public function __construct(Node $head&＃61;null,Node $tail&＃61;null){
$this->head&＃61;$head;
$this->tail&＃61;$tail;
$this->size&＃61;0;
}
//检查键是否存在
public function checkIndex($key){
$res&＃61;$this->buckets[$key];
if($res){
return true;
}
return false;
}
public function get($key){
$res&＃61;$this->buckets[$key];
if(!$res) return -1;
$this->moveToHead($res);
return $res->val;
}
//新加入的节点
public function addAsHead($key,$val)
{
$node&＃61;new Node($val);
if($this->tail&＃61;&＃61;null && $this->head !&＃61;null){
$this->tail&＃61;$this->head;
$this->tail->next&＃61;null;
$this->tail->pre&＃61;$node;
}
$node->pre&＃61;null;
$node->next&＃61;$this->head;
$this->head->pre&＃61;$node;
$this->head&＃61;$node;
$node->key&＃61;$key;
$this->buckets[$key]&＃61;$node;
$this->size&＃43;&＃43;;
}
//移除指针(已存在的键值对或者删除最近最少使用原则)
public function removeNode($key)
{
$current&＃61;$this->head;
for($i&＃61;1;$isize;$i&＃43;&＃43;){
if($current->key&＃61;&＃61;$key) break;
$current&＃61;$current->next;
}
unset($this->buckets[$current->key]);
//调整指针
if($current->pre&＃61;&＃61;null){
$current->next->pre&＃61;null;
$this->head&＃61;$current->next;
}else if($current->next &＃61;&＃61;null){
$current->pre->next&＃61;null;
$current&＃61;$current->pre;
$this->tail&＃61;$current;
}else{
$current->pre->next&＃61;$current->next;
$current->next->pre&＃61;$current->pre;
$current&＃61;null;
}
$this->size--;
}
//把对应的节点应到链表头部(最近get或者刚刚put进去的node节点)
public function moveToHead(Node $node)
{
if($node&＃61;&＃61;$this->head) return ;
//调整前后指针指向
$node->pre->next&＃61;$node->next;
$node->next->pre&＃61;$node->pre;
$node->next&＃61;$this->head;
$this->head->pre&＃61;$node;
$this->head&＃61;$node;
$node->pre&＃61;null;
}
}
class Node{
public $key;
public $val;
public $next;
public $pre;
public function __construct($val)
{
$this->val&＃61;$val;
}
}
/**
* Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
* $obj &＃61; LRUCache($capacity);
* $ret_1 &＃61; $obj->get($key);
* $obj->put($key, $value);
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