什麼是LRU快取淘汰機制

linzeliang發表於2020-11-13

LRU是Least Recently Used的縮寫,即最近最少使用,是一種常用的頁面置換演算法,選擇最近最久未使用的頁面予以淘汰。該演算法賦予每個頁面一個訪問欄位,用來記錄一個頁面自上次被訪問以來所經歷的時間 t,當須淘汰一個頁面時,選擇現有頁面中其 t 值最大的,即最近最少使用的頁面予以淘汰。

LRU正如我們日常生活時使用手機那樣子:我們會開啟多個應用,在後臺應用管理可以看到你開啟的應用列表,最近的開的排的靠前,比較舊的沒用就靠的比較後了。可是,要知道,我們的手機記憶體是有限的,如果開太多應用,把記憶體都佔滿,那麼手機就特別卡了。所以,在這時候,手機會自動清理記憶體,過程如下:會將最久未使用的應用程式程式停止(判定為無用的資料),就是按照時間來,然後停掉倒數第二久未使用的應用......以此類推,直到有足夠空間才停止清理。如果你又去訪問未停止的應用,那麼他就跳到了我們後臺應用列表的第一個了。

LRU演算法就是這樣的,將最久、最少使用的資料進行淘汰。


如果叫我們設計一個LRU演算法如何設計呢?

  • 要接受一個最大的快取容量 capacity

  • 實現兩個方法:

    • get(int key):獲取key對應的val
    • put(int key, int value):存入新的鍵值對,如果存在的話就更新val
    • 注意:不管是訪問,還是新增 已存在 / 不存在 鍵值對,那麼就說明訪問了該資料
  • 使用雙向連結串列和雜湊表的結合實現LRU演算法: 雜湊表的查詢速度快,但是是無序的; 而連結串列是有序的, 但是查詢速度慢, 為\(O(N)\), 所以我們可以利用這兩個特性,結合起來,形成了雜湊連結串列, 這樣的話,get和put都是\(O(1)\)的時間複雜度了, 圖解如下:

這對應力扣上面的142題以及我的題解,大家可以去練習一下,相信你寫過一遍就會明白其中原理了...

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