缓存基础----LRU算法和FIFO算法的Java实现

Java里面实现LRU缓存算法的通常有两种选择，一种是自己设计数据结构：链表+HashMap（链表用来表示位置，哈希表用来存储和查找），另一种是使用Java中的LinkedHashMap。我们这边文章是使用Java的LinkedHashMap来实现缓存的LRU算法和FIFO算法。

一、LinkedHashMap实现缓存LRU算法

LinkedHashMap有两种数据的存储方式，一种是按照数据的添加顺序存储，另一种是按照数据的访问顺序存储，默认情况下是按照数据的添加顺序存储的。即最近读取的数据放在链表头部，最早读取的数据放在链表尾部。并且LinkedHashMap还有一个判断是否删除老数据的方法，默认返回false，即不删除数据。我们通过LinkedHashMap实现LRU缓存就是继承LinkedHashMap类并重写父类的removeEldestEntry方法。代码如下：

/*** LinkedHashMap实现LRU算法* @author Administrator**/
public class CacheLRU<K, V> extends LinkedHashMap<K, V>
{private static final long serialVersionUID = 1L;/** 元素最大值，当数据个数超过最大值时，就要删除一些很久没有被访问到的数据*/private final int MAX_CACHE_SIZE;/*** CacheLRU构造函数，调用父类LinkedHashMap的构造函数* @param cacheSize 缓存数据的最大值*/public CacheLRU(int cacheSize) {/** 调用父类构造函数，当参数accessOrder为true时，即会按照访问顺序排序，最近访问的放在最前，最早访问的放在后面* (int) Math.ceil(cacheSize / 0.75) + 1  计算LinkedHashMap的初始化容量*/super((int) Math.ceil(cacheSize / 0.75) + 1, 0.75f, true);//元素最大值MAX_CACHE_SIZE = cacheSize;}/*** 重写LinkedHashMap的removeEldestEntry方法，removeEldestEntry方法是LinkedHashMap自带的判断是否删除最老元素的方法，默认返回false，即不删除老数据*/@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {//当linkedhashmap中数据量大于指定的最大值时，返回true，就自动删除老数据return size() > MAX_CACHE_SIZE;}}

但是实际使用中这样写还是有些繁琐，更实用的方法时像下面这样写，省去了单独见一个类的麻烦

private final int cacheSize = 100;
Map<String, Integer> map = new LinkedHashMap<String, Integer>((int) Math.ceil(cacheSize/0.75f) + 1, 0.75f, true) {@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<String, Integer> eldest) {return size() > cacheSize;}
};

二、LinkedHashMap实现缓存FIFO算法

FIFO算法的核心思想是先进先出，即按照添加顺序最先添加的数据最先被删除。默认情况下LinkedHashMap就是按照数据的添加顺序存储的，所以实现FIFO算法时，我们只需重写下removeEldestEntry方法即可轻松实现一个FIFO缓存算法。代码如下：

public class CacheFIFO<K, V> extends LinkedHashMap<K, V>
{private static final long serialVersionUID = 1L;/** 元素最大值，当数据个数超过最大值时，就要删除一些很久没有被访问到数据*/private final int MAX_CACHE_SIZE;/*** CacheFIFO构造函数，这里不用调用父类的LinkedHashMap构造函数* FIFO原则就是先进先出的，默认情况下LinkedHashMap就是按照添加顺序保存，所以不需要更改排序方式，只需要重写removeEldestEntry方法即可* @param cacheSize 缓存数据的最大值*/public CacheFIFO(int cacheSize) {this.MAX_CACHE_SIZE = cacheSize;}/*** 重写LinkedHashMap的removeEldestEntry方法，removeEldestEntry方法是LinkedHashMap自带的判断是否删除最老元素的方法，默认返回false，即不删除老数据*/@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {//当linkedhashmap中数据量大于指定的最大值时，返回true，就自动删除老数据return size() > MAX_CACHE_SIZE;}}

简化版的实现代码如下：

private final int cacheSize = 5;
LinkedHashMap<String, Integer> lru = new LinkedHashMap<String, Integer>() {@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<String, Integer> eldest) {return size() > cacheSize;}
};

三、调用示例

测试代码如下：

public class CacheLRUTest
{public static void main(String[] args){System.out.println("===========================LRU LinkedHashMap实现开始===========================");CacheLRU<String, Integer> lru = new CacheLRU<String, Integer>(5);//存入数据，最大值为5for(int i=0; i<5; i++) {lru.put("test"+i, i);}System.out.println("目前所有缓存为：" +lru.toString());//最近访问的几个数据lru.get("test0");lru.get("test3");lru.get("test3");lru.get("test4");//新添加两个数据lru.put("test5", 5);lru.put("test6", 6);System.out.println("删除老数据后所有缓存为：" +lru.toString());System.out.println("===========================LRU LinkedHashMap实现结束===========================");System.out.println();System.out.println();System.out.println("===========================FIFO LinkedHashMap实现开始===========================");CacheFIFO<String, Integer> fifo = new CacheFIFO<String, Integer>(5);//存入数据，最大值为5for(int i=0; i<5; i++) {fifo.put("test"+i, i);}System.out.println("目前所有缓存为：" +fifo.toString());//最近访问的几个数据fifo.get("test1");fifo.get("test1");fifo.get("test2");fifo.get("test3");//新添加两个数据fifo.put("test5", 5);fifo.put("test6", 6);System.out.println("删除老数据后所有缓存为：" +fifo.toString());System.out.println("===========================FIFO LinkedHashMap实现结束===========================");}}

运行结果如下：

===========================LRU LinkedHashMap实现开始===========================
目前所有缓存为：{test0=0, test1=1, test2=2, test3=3, test4=4}
删除老数据后所有缓存为：{test0=0, test3=3, test4=4, test5=5, test6=6}
===========================LRU LinkedHashMap实现结束======================================================FIFO LinkedHashMap实现开始===========================
目前所有缓存为：{test0=0, test1=1, test2=2, test3=3, test4=4}
删除老数据后所有缓存为：{test2=2, test3=3, test4=4, test5=5, test6=6}
===========================FIFO LinkedHashMap实现结束===========================