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利用LinkedHashMap实现简单的缓存
阅读量:4623 次
发布时间:2019-06-09

本文共 6251 字,大约阅读时间需要 20 分钟。

update1:第二个实现,读操作不必要采用独占锁,缓存显然是读多于写,读的时候一开始用独占锁是考虑到要递增计数和更新时间戳要加锁,不过这两个变量都是采用原子变量,因此也不必采用独占锁,修改为读写锁。

update2:一个错误,老是写错关键字啊,LRUCache的maxCapacity应该声明为volatile,而不是transient。
   
   最简单的LRU算法实现,就是利用jdk的LinkedHashMap,覆写其中的removeEldestEntry(Map.Entry)方法即可,如下所示:

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.Map;
/**
 * 类说明:利用LinkedHashMap实现简单的缓存, 必须实现removeEldestEntry方法,具体参见JDK文档
 * 
 *  @author  dennis
 * 
 *  @param  <K>
 *  @param  <V>
  */
public  class LRULinkedHashMap<K, V>  extends LinkedHashMap<K, V> {
     private  final  int maxCapacity;
     private  static  final  float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
     private  final Lock lock =  new ReentrantLock();
     public LRULinkedHashMap( int maxCapacity) {
         super(maxCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR,  true);
         this.maxCapacity = maxCapacity;
    }
    @Override
     protected  boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry<K, V> eldest) {
         return size() > maxCapacity;
    }
    @Override
     public  boolean containsKey(Object key) {
         try {
            lock.lock();
             return  super.containsKey(key);
        }  finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    @Override
     public V get(Object key) {
         try {
            lock.lock();
             return  super.get(key);
        }  finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    @Override
     public V put(K key, V value) {
         try {
            lock.lock();
             return  super.put(key, value);
        }  finally {
            lock.unlock();
        }
    }
     public  int size() {
         try {
            lock.lock();
             return  super.size();
        }  finally {
            lock.unlock();
        }
    }
     public  void clear() {
         try {
            lock.lock();
             super.clear();
        }  finally {
            lock.unlock();
        }
    }
     public Collection<Map.Entry<K, V>> getAll() {
         try {
            lock.lock();
             return  new ArrayList<Map.Entry<K, V>>( super.entrySet());
        }  finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

    如果你去看LinkedHashMap的源码可知,LRU算法是通过双向链表来实现,当某个位置被命中,通过调整链表的指向将该位置调整到头位置,新加入的内容直接放在链表头,如此一来,最近被命中的内容就向链表头移动,需要替换时,链表最后的位置就是最近最少使用的位置。

    LRU算法还可以通过计数来实现,缓存存储的位置附带一个计数器,当命中时将计数器加1,替换时就查找计数最小的位置并替换,结合访问时间戳来实现。这种算法比较适合缓存数据量较小的场景,显然,遍历查找计数最小位置的时间复杂度为O(n)。我实现了一个,结合了访问时间戳,当最小计数大于MINI_ACESS时(这个参数的调整对命中率有较大影响),就移除最久没有被访问的项:

package net.rubyeye.codelib.util.concurrency.cache;
import java.io.Serializable;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
 * 
 *  @author  dennis 类说明:当缓存数目不多时,才用缓存计数的传统LRU算法
 *  @param  <K>
 *  @param  <V>
  */
public  class LRUCache<K, V>  implements Serializable {
     private  static  final  int DEFAULT_CAPACITY = 100;
     protected Map<K, ValueEntry> map;
     private  final ReadWriteLock lock =  new ReentrantReadWriteLock();
     private  final Lock readLock = lock.readLock();
     private  final Lock writeLock = lock.writeLock();
     private  final  volatile  int maxCapacity;  //保持可见性
     public  static  int MINI_ACCESS = 5;
     public LRUCache() {
         this(DEFAULT_CAPACITY);
    }
     public LRUCache( int capacity) {
         if (capacity <= 0)
             throw  new RuntimeException("缓存容量不得小于0");
         this.maxCapacity = capacity;
         this.map =  new HashMap<K, ValueEntry>(maxCapacity);
    }
     public  boolean ContainsKey(K key) {
         try {
            readLock.lock();
             return  this.map.containsKey(key);
        }  finally {
            readLock.unlock();
        }
    }
     public V put(K key, V value) {
         try {
            writeLock.lock();
             if ((map.size() > maxCapacity - 1) && !map.containsKey(key)) {
                 //  System.out.println("开始");
                Set<Map.Entry<K, ValueEntry>> entries =  this.map.entrySet();
                removeRencentlyLeastAccess(entries);
            }
            ValueEntry new_value =  new ValueEntry(value);
            ValueEntry old_value = map.put(key, new_value);
             if (old_value !=  null) {
                new_value.count = old_value.count;
                 return old_value.value;
            }  else
                 return  null;
        }  finally {
            writeLock.unlock();
        }
    }
     /**
     * 移除最近最少访问
      */
     protected  void removeRencentlyLeastAccess(
            Set<Map.Entry<K, ValueEntry>> entries) {
         //  最小使用次数
         long least = 0;
         //  访问时间最早
         long earliest = 0;
        K toBeRemovedByCount =  null;
        K toBeRemovedByTime =  null;
        Iterator<Map.Entry<K, ValueEntry>> it = entries.iterator();
         if (it.hasNext()) {
            Map.Entry<K, ValueEntry> valueEntry = it.next();
            least = valueEntry.getValue().count.get();
            toBeRemovedByCount = valueEntry.getKey();
            earliest = valueEntry.getValue().lastAccess.get();
            toBeRemovedByTime = valueEntry.getKey();
        }
         while (it.hasNext()) {
            Map.Entry<K, ValueEntry> valueEntry = it.next();
             if (valueEntry.getValue().count.get() < least) {
                least = valueEntry.getValue().count.get();
                toBeRemovedByCount = valueEntry.getKey();
            }
             if (valueEntry.getValue().lastAccess.get() < earliest) {
                earliest = valueEntry.getValue().count.get();
                toBeRemovedByTime = valueEntry.getKey();
            }
        }
         //  System.out.println("remove:" + toBeRemoved);
         //  如果最少使用次数大于MINI_ACCESS,那么移除访问时间最早的项(也就是最久没有被访问的项)
         if (least > MINI_ACCESS) {
            map.remove(toBeRemovedByTime);
        }  else {
            map.remove(toBeRemovedByCount);
        }
    }
     public V get(K key) {
         try {
            readLock.lock();
            V value =  null;
            ValueEntry valueEntry = map.get(key);
             if (valueEntry !=  null) {
                 //  更新访问时间戳
                valueEntry.updateLastAccess();
                 //  更新访问次数
                valueEntry.count.incrementAndGet();
                value = valueEntry.value;
            }
             return value;
        }  finally {
            readLock.unlock();
        }
    }
     public  void clear() {
         try {
            writeLock.lock();
            map.clear();
        }  finally {
            writeLock.unlock();
        }
    }
     public  int size() {
         try {
            readLock.lock();
             return map.size();
        }  finally {
            readLock.unlock();
        }
    }
     public  long getCount(K key) {
         try {
            readLock.lock();
            ValueEntry valueEntry = map.get(key);
             if (valueEntry !=  null) {
                 return valueEntry.count.get();
            }
             return 0;
        }  finally {
            readLock.unlock();
        }
    }
     public Collection<Map.Entry<K, V>> getAll() {
         try {
            readLock.lock();
            Set<K> keys = map.keySet();
            Map<K, V> tmp =  new HashMap<K, V>();
             for (K key : keys) {
                tmp.put(key, map.get(key).value);
            }
             return  new ArrayList<Map.Entry<K, V>>(tmp.entrySet());
        }  finally {
            readLock.unlock();
        }
    }
     class ValueEntry  implements Serializable {
         private V value;
         private AtomicLong count;
         private AtomicLong lastAccess;
         public ValueEntry(V value) {
             this.value = value;
             this.count =  new AtomicLong(0);
            lastAccess =  new AtomicLong(System.nanoTime());
        }
         public  void updateLastAccess() {
             this.lastAccess.set(System.nanoTime());
        }
    }
}

转载于:https://www.cnblogs.com/isoftware/p/3780776.html

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