Comment implémenter l'algorithme de mise en cache LRU à l'aide de Java

Comment implémenter l'algorithme de mise en cache LRU à l'aide de Java

Introduction :
Dans le domaine de l'informatique, la mise en cache est une technique d'optimisation couramment utilisée pour augmenter la vitesse de lecture et d'écriture des données. LRU (Least Récemment Utilisé) est une stratégie courante de remplacement du cache qui détermine s'il convient de supprimer les données du cache en fonction de l'heure à laquelle les données ont été récemment consultées. Cet article explique comment implémenter l'algorithme de cache LRU à l'aide du langage Java et fournit des exemples de code détaillés.

1. Principe de l'algorithme de mise en cache LRU
   L'algorithme de mise en cache LRU est une stratégie de remplacement du cache basée sur le temps. Lorsque le cache est plein, si de nouvelles données doivent être insérées, l'algorithme LRU sélectionnera les données les moins récemment utilisées pour les remplacer.
2. Structure de données pour implémenter l'algorithme de mise en cache LRU
   Afin d'implémenter l'algorithme de mise en cache LRU, nous devons utiliser une liste doublement chaînée et une table de hachage. Une liste doublement chaînée est utilisée pour conserver la séquence d'accès aux données. Les données les plus récemment consultées sont situées en tête de la liste chaînée, et les données qui n'ont pas été consultées depuis le plus longtemps sont situées à la fin de la liste chaînée. . Les tables de hachage sont utilisées pour trouver rapidement l'emplacement des données dans une liste chaînée.
3. Exemple de code pour implémenter l'algorithme de mise en cache LRU
   Ce qui suit est un exemple de code Java simple pour l'algorithme de mise en cache LRU.

Tout d'abord, nous définissons une classe de nœuds de liste doublement chaînée.

class Node {
    int key;
    int value;
    Node prev;
    Node next;
    
    public Node(int key, int value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }
}

Ensuite, nous définissons une classe LRUCache pour implémenter l'algorithme de cache LRU.

import java.util.HashMap;

class LRUCache {
    private int capacity;
    private HashMap<Integer, Node> map;
    private Node head;
    private Node tail;
    
    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        this.map = new HashMap<>();
        
        // 创建虚拟头节点和尾节点
        this.head = new Node(0, 0);
        this.tail = new Node(0, 0);
        this.head.next = this.tail;
        this.tail.prev = this.head;
    }
    
    public int get(int key) {
        if (map.containsKey(key)) {
            Node node = map.get(key);
            removeNode(node);
            addToHead(node);
            return node.value;
        }
        return -1;
    }
    
    public void put(int key, int value) {
        if (map.containsKey(key)) {
            Node node = map.get(key);
            node.value = value;
            removeNode(node);
            addToHead(node);
        } else {
            if (map.size() == capacity) {
                map.remove(tail.prev.key);
                removeNode(tail.prev);
            }
            Node newNode = new Node(key, value);
            map.put(key, newNode);
            addToHead(newNode);
        }
    }
    
    private void removeNode(Node node) {
        node.prev.next = node.next;
        node.next.prev = node.prev;
    }
    
    private void addToHead(Node node) {
        node.prev = head;
        node.next = head.next;
        head.next.prev = node;
        head.next = node;
    }
}

4. Exemple d'utilisation
   Voici un exemple utilisant la classe LRUCache.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        LRUCache cache = new LRUCache(2);
        
        cache.put(1, 1);
        cache.put(2, 2);
        System.out.println(cache.get(1)); // 输出 1
        
        cache.put(3, 3);
        System.out.println(cache.get(2)); // 输出 -1
        
        cache.put(4, 4);
        System.out.println(cache.get(1)); // 输出 -1
        System.out.println(cache.get(3)); // 输出 3
        System.out.println(cache.get(4)); // 输出 4
    }
}

Sortie du résultat :
1
-1
-1
3
4

Résumé :
Cet article présente comment utiliser le langage Java pour implémenter l'algorithme de cache LRU. En utilisant des structures de données de liste doublement chaînée et de table de hachage, nous pouvons implémenter les fonctions de base de l'algorithme de cache LRU, et des exemples de code détaillés sont fournis. Les lecteurs peuvent le modifier et l'étendre en fonction des besoins réels pour répondre à différents scénarios d'application.

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