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php lru算法

周雨萌1年前7瀏覽0評論

LRU算法(最近最少使用算法)是一種非常常用的頁面置換算法,也可以用于緩存淘汰策略。它的基本思想是根據數據的歷史訪問記錄來進行緩存數據的淘汰。

舉一個例子。假設我們有一個緩存,里面最多可以存儲10個元素。現在我們有一組訪問序列,其中每個元素訪問的時間戳為訪問序列中的位置。這個序列表示的是這10個元素的訪問情況。我們使用LRU算法來進行緩存淘汰。假設初始時緩存中為空,那么緩存中應該存儲的元素是:

a 
b a 
c b a 
d c b a 
a d c b 
e a d c b 
f e a d c 
g f e a d 
c g f e a 
d c g f e

這里我們假設每個元素的大小都相同,可以看到,LRU算法在第4次訪問時淘汰了最早訪問(最不常用)的元素e,這樣一直重復下去。

下面我們來看看如何實現LRU算法。我們可以使用哈希表和雙向鏈表的組合來實現它。哈希表用于存儲緩存元素的key-value對,雙向鏈表用于存儲緩存元素的順序。

class LRUCache {
private $capacity;
private $map; // hash table to store cache data
private $head; // double linked list header
private $tail; // double linked list tail
public function __construct($capacity) {
$this->capacity = $capacity;
$this->map = array();
$this->head = null;
$this->tail = null;
}
public function get($key) {
if (!isset($this->map[$key])) {
return -1;
}
$node = $this->map[$key];
$this->moveToHead($node);
return $node->val;
}
public function put($key, $value) {
if (isset($this->map[$key])) {
$node = $this->map[$key];
$node->val = $value;
$this->moveToHead($node);
return;
}
$node = new Node($key, $value);
$this->map[$key] = $node;
$this->addNode($node);
if (count($this->map) >$this->capacity) {
$lastNode = $this->popTail(); // remove the last node
unset($this->map[$lastNode->key]);
}
}
private function addNode($node) {
$node->next = $this->head;
$node->prev = null;
if ($this->head != null) {
$this->head->prev = $node;
}
$this->head = $node;
if ($this->tail == null) {
$this->tail = $node;
}
}
private function removeNode($node) {
if ($node->prev) {
$node->prev->next = $node->next;
} else {
$this->head = $node->next;
}
if ($node->next) {
$node->next->prev = $node->prev;
} else {
$this->tail = $node->prev;
}
}
private function moveToHead($node) {
$this->removeNode($node);
$this->addNode($node);
}
private function popTail() {
$tailNode = $this->tail;
$this->removeNode($tailNode);
return $tailNode;
}
}
class Node {
public $key;
public $val;
public $prev;
public $next;
public function __construct($key, $val) {
$this->key = $key;
$this->val = $val;
$this->prev = null;
$this->next = null;
}
}

上面的代碼中,addNode方法用于在雙向鏈表頭部添加一個新的節點,removeNode方法用于從雙向鏈表中刪除一個節點,moveToHead方法用于將某一個節點移動到鏈表頭部,popTail方法用于從鏈表尾部彈出一個節點。注意在addNode和removeNode方法中都要同時修改頭指針和尾指針。

上面的實現中,我們使用了一個Node類來表示雙向鏈表中的節點。哈希表中存儲的是key到Node的映射。在get方法中,通過key找到對應的Node并將其移到鏈表頭部。在put方法中,如果key已經存在于哈希表中,我們只需要更新Node的val值并將其移到鏈表頭部即可;否則我們需要新建一個Node并將其加入哈希表和雙向鏈表中。當超過緩存容量時,我們需要刪除鏈表尾部的節點。

總結一下,使用LRU算法可以有效地淘汰不常用的緩存數據,從而提高系統的性能。我們可以使用哈希表和雙向鏈表的組合來實現LRU算法。在實現過程中,需要注意修改頭指針和尾指針以及保持鏈表的正確性。