设计并实现一个并发安全的LRU(Least Recently Used,最近最少使用)缓存结构

本文主要是介绍设计并实现一个并发安全的LRU(Least Recently Used,最近最少使用)缓存结构,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

文章目录

    • 前言
    • 实战演示
    • 写在最后

前言

相信很多人都使用过LinkedHashMap,LinkedHashMap中的removeEldestEntry可以删除老旧的元素,我们可以以此来实现一个LRU缓存结构,并结合java中JUC包中的各种多线程锁机制来保证多线程安全。

以下是我遇见过的一个高级面试题:

【面试题】设计并实现一个并发安全的LRU(Least Recently Used,最近最少使用)缓存结构。要求支持以下操作:
get(key):如果键存在于缓存中,则获取其对应的值(总是返回最新添加的值),否则返回-1。
put(key, value):如果键已经存在,则更新其对应的值;如果键不存在,并且缓存未满,则添加该键值对到缓存中;如果缓存已满,则移除最近最少使用的键值对,然后再将新的键值对添加到缓存。

在这里插入图片描述

实战演示

可以采用LinkedHashMap的removeEldestEntry方法删除需要淘汰的元素,并直接使用map的get/put方法。

模拟代码

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;/*** LRUCache* @author senfel* @date 2024/2/26 12:50*/
public class LRUCache<K, V> {private final int capacity;private LinkedHashMap<K, V> cache;public LRUCache(int capacity) {this.capacity = capacity;// 设置访问顺序和插入顺序一致,且当容量达到阈值时自动删除最近最少使用的项this.cache = new LinkedHashMap<K, V>(capacity, 0.75f, true) {@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {return size() > capacity;}};}/*** get* @author senfel* @date 2024/2/26 12:52* @return V */public V get(K key) {synchronized (cache) {return cache.getOrDefault(key, null);}}/*** put* @author senfel* @date 2024/2/26 12:52* @return void*/public void put(K key, V value) {synchronized (cache) {cache.put(key, value);}}
}

上述代码实现了一个基本的LRU缓存结构,但get方法在key不存在时返回null而不是-1,并且没有完全解决并发访问问题。而且我们在获取到已经存在的是数据后并没有刷新数据,也就是并没有实现醉经最少使用的淘汰策略。

下面是更完善的版本,包含正确的get方法逻辑以及线程安全的put和get操作,以及在获取到数据后将数据重新刷新了。

优化后的代码

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
/*** LRUCache* @author senfel* @date 2024/2/26 12:55*/
public class LRUCache<K, V> {private final int capacity;private final LinkedHashMap<K, V> cache;private final Lock lock = new ReentrantLock();public LRUCache(int capacity) {this.capacity = capacity;this.cache = new LinkedHashMap<K, V>(capacity + 1, 0.75f, true) {@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {return size() > capacity;}};}/*** get* @author senfel* @date 2024/2/26 12:58* @return V */public V get(K key) {lock.lock();try {V value = cache.get(key);if (value != null) {// 触发访问,使得此条目变为最近使用过的cache.remove(key);cache.put(key, value);}return value;} finally {lock.unlock();}}/*** get* @author senfel* @date 2024/2/26 12:58* @return void*/public void put(K key, V value) {lock.lock();try {// 首先尝试移除旧的键值对,即使它可能不存在cache.remove(key);cache.put(key, value);} finally {lock.unlock();}}
}

写在最后

在这个高级版本的LRU缓存实现中,我们使用了LinkedHashMap作为基础数据结构,并通过重写removeEldestEntry方法实现了缓存满时自动淘汰最久未使用的元素。同时,为了保证在多线程环境下的线程安全性,我们在get和put方法上加了synchronized关键字或者使用了ReentrantLock来确保同一时间只有一个线程能执行修改缓存的操作。在get方法中,我们还额外做了一步,即在获取到key对应值后重新插入以更新其为最近使用的元素。

这篇关于设计并实现一个并发安全的LRU(Least Recently Used,最近最少使用)缓存结构的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/750526

相关文章

vue使用docxtemplater导出word

《vue使用docxtemplater导出word》docxtemplater是一种邮件合并工具,以编程方式使用并处理条件、循环,并且可以扩展以插入任何内容,下面我们来看看如何使用docxtempl... 目录docxtemplatervue使用docxtemplater导出word安装常用语法 封装导出方

SpringBoot3实现Gzip压缩优化的技术指南

《SpringBoot3实现Gzip压缩优化的技术指南》随着Web应用的用户量和数据量增加,网络带宽和页面加载速度逐渐成为瓶颈,为了减少数据传输量,提高用户体验,我们可以使用Gzip压缩HTTP响应,... 目录1、简述2、配置2.1 添加依赖2.2 配置 Gzip 压缩3、服务端应用4、前端应用4.1 N

Linux换行符的使用方法详解

《Linux换行符的使用方法详解》本文介绍了Linux中常用的换行符LF及其在文件中的表示,展示了如何使用sed命令替换换行符,并列举了与换行符处理相关的Linux命令,通过代码讲解的非常详细,需要的... 目录简介检测文件中的换行符使用 cat -A 查看换行符使用 od -c 检查字符换行符格式转换将

SpringBoot实现数据库读写分离的3种方法小结

《SpringBoot实现数据库读写分离的3种方法小结》为了提高系统的读写性能和可用性,读写分离是一种经典的数据库架构模式,在SpringBoot应用中,有多种方式可以实现数据库读写分离,本文将介绍三... 目录一、数据库读写分离概述二、方案一:基于AbstractRoutingDataSource实现动态

Python FastAPI+Celery+RabbitMQ实现分布式图片水印处理系统

《PythonFastAPI+Celery+RabbitMQ实现分布式图片水印处理系统》这篇文章主要为大家详细介绍了PythonFastAPI如何结合Celery以及RabbitMQ实现简单的分布式... 实现思路FastAPI 服务器Celery 任务队列RabbitMQ 作为消息代理定时任务处理完整

使用Jackson进行JSON生成与解析的新手指南

《使用Jackson进行JSON生成与解析的新手指南》这篇文章主要为大家详细介绍了如何使用Jackson进行JSON生成与解析处理,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 目录1. 核心依赖2. 基础用法2.1 对象转 jsON(序列化)2.2 JSON 转对象(反序列化)3.

Java枚举类实现Key-Value映射的多种实现方式

《Java枚举类实现Key-Value映射的多种实现方式》在Java开发中,枚举(Enum)是一种特殊的类,本文将详细介绍Java枚举类实现key-value映射的多种方式,有需要的小伙伴可以根据需要... 目录前言一、基础实现方式1.1 为枚举添加属性和构造方法二、http://www.cppcns.co

使用Python实现快速搭建本地HTTP服务器

《使用Python实现快速搭建本地HTTP服务器》:本文主要介绍如何使用Python快速搭建本地HTTP服务器,轻松实现一键HTTP文件共享,同时结合二维码技术,让访问更简单,感兴趣的小伙伴可以了... 目录1. 概述2. 快速搭建 HTTP 文件共享服务2.1 核心思路2.2 代码实现2.3 代码解读3.

Elasticsearch 在 Java 中的使用教程

《Elasticsearch在Java中的使用教程》Elasticsearch是一个分布式搜索和分析引擎,基于ApacheLucene构建,能够实现实时数据的存储、搜索、和分析,它广泛应用于全文... 目录1. Elasticsearch 简介2. 环境准备2.1 安装 Elasticsearch2.2 J

使用C#代码在PDF文档中添加、删除和替换图片

《使用C#代码在PDF文档中添加、删除和替换图片》在当今数字化文档处理场景中,动态操作PDF文档中的图像已成为企业级应用开发的核心需求之一,本文将介绍如何在.NET平台使用C#代码在PDF文档中添加、... 目录引言用C#添加图片到PDF文档用C#删除PDF文档中的图片用C#替换PDF文档中的图片引言在当