一：概述
- LRU 用于管理缓存策略，其本身在 Linux/Redis/Mysql 中均有实现。只是实现方式不尽相同。
- LRU 算法【Least recently used（最近最少使用）】
- 根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据，其核心思想是 "如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高"。
二：单链表实现的 Lru 算法
- 思路
- 单链表实现
- 流程
- 1. 新数据插入到链表头部；
- 2. 每当缓存命中（即缓存数据被访问），则将数据移到链表头部；
- 3. 当链表满的时候，将链表尾部的数据丢弃。
- 优点
- 实现简单。
- 当存在热点数据时，LRU的效率很好。
- 缺点
- 偶发性的、周期性的批量操作会导致LRU命中率急剧下降，缓存污染情况比较严重。
- 命中时需要遍历链表，找到命中的数据块索引，然后需要将数据移到头部。
- 流程图
-
- 代码实现(PHP)
/**
* 思路
* 单链表实现
* 原理
* 单链表
* 流程
* 1. 新数据插入到链表头部；
* 2. 每当缓存命中（即缓存数据被访问），则将数据移到链表头部；
* 3. 当链表满的时候，将链表尾部的数据丢弃。
* 优点
* 实现简单。
* 当存在热点数据时，LRU的效率很好。
* 缺点
* 偶发性的、周期性的批量操作会导致LRU命中率急剧下降，缓存污染情况比较严重。
* 命中时需要遍历链表，找到命中的数据块索引，然后需要将数据移到头部。
*/
class Lru
{
public static $lruList = []; // 顺序存储单链表结构
public static $maxLen = ; // 链表允许最大长度
public static $nowLen = ; // 链表当前长度 /**
* LRU_1 constructor.
* 由于 PHP 不是常驻进程程序，所以链表初始化可以通过 Mysql/Redis 实现
*/
public function __construct()
{
self::$lruList = [];
self::$nowLen = count(self::$lruList);
} /**
* 获取 key => value
* @param $key
* @return null
*/
public function get($key)
{
$value = null; // lru 队列为空，直接返回
if (!self::$lruList) {
self::$lruList[] = [$key => $this->getData($key)]; // 根据实际项目情况获取数据
self::$nowLen++;
return $value;
} // 查找 lru 缓存
for ($i = ; $i < self::$nowLen; $i++) { // 如果存在缓存，则直接返回，并将数据重新插入链表头部
if (isset(self::$lruList[$i][$key])) { $value = self::$lruList[$i][$key]; unset(self::$lruList[$i]); array_unshift(self::$lruList, [$key => $value]); break;
}
} // 如果没有找到 lru 缓存
if (!isset($value)) { // 插入头部
array_unshift(self::$lruList, [$key => $this->getData($key)]); // 根据实际项目情况获取数据
self::$nowLen++; if (self::$nowLen > self::$maxLen) {
self::$nowLen--;
array_pop(self::$lruList);
}
} return $value; } /**
* 输出 Lru 队列
*/
public function echoLruList()
{
var_dump(self::$lruList);
} /**
* 根据真实环境获取数据
* @param $key
* @return string
*/
public function getData($key)
{
return 'data';
}
}
三：Lru K 算法
- 思路
- 为了避免 LRU 的 '缓存污染' 问题
- 增加一个队列来维护缓存出现的次数。其核心思想是将“最近使用过1次”的判断标准扩展为“最近使用过K次”。
- 原理
- 相比LRU，LRU-K需要多维护一个队列，用于记录所有缓存数据被访问的历史。
- 只有当数据的访问次数达到K次的时候，才将数据放入缓存。
- 当需要淘汰数据时，LRU-K会淘汰第K次访问时间距当前时间最大的数据.
- 流程
- 1.数据第一次被访问，加入到访问历史列表；
- 2.如果数据在访问历史列表里后没有达到K次访问，则按照一定规则 LRU淘汰；
- 3.当访问历史队列中的数据访问次数达到K次后，将数据索引从历史队列删除，将数据移到缓存队列中，并缓存此数据，缓存队列重新按照时间排序；
- 4.缓存数据队列中被再次访问后，重新排序；
- 5.需要淘汰数据时，淘汰缓存队列中排在末尾的数据，即：淘汰“倒数第K次访问离现在最久”的数据。
- 优点
- LRU-K降低了“缓存污染”带来的问题，命中率比LRU要高。
- 缺点
- LRU-K队列是一个优先级队列，算法复杂度和代价比较高。
- 由于LRU-K还需要维护历史队列，所以消耗的内存会更多。
- 流程图
-
- 代码实现
/**
* 思路
* 为了避免 LRU 的 '缓存污染' 问题
* 增加一个队列来维护缓存出现的次数。其核心思想是将“最近使用过1次”的判断标准扩展为“最近使用过K次”。
* 原理
* 相比LRU，LRU-K需要多维护一个队列，用于记录所有缓存数据被访问的历史。
* 只有当数据的访问次数达到K次的时候，才将数据放入缓存。
* 当需要淘汰数据时，LRU-K会淘汰第K次访问时间距当前时间最大的数据
* 流程
* 1.数据第一次被访问，加入到访问历史列表；
* 2.如果数据在访问历史列表里后没有达到K次访问，则按照一定规则 LRU淘汰；
* 3.当访问历史队列中的数据访问次数达到K次后，将数据索引从历史队列删除，将数据移到缓存队列中，并缓存此数据，缓存队列重新按照时间排序；
* 4.缓存数据队列中被再次访问后，重新排序；
* 5.需要淘汰数据时，淘汰缓存队列中排在末尾的数据，即：淘汰“倒数第K次访问离现在最久”的数据。
* 优点
* LRU-K降低了“缓存污染”带来的问题，命中率比LRU要高。
* 缺点
* LRU-K队列是一个优先级队列，算法复杂度和代价比较高。
* 由于LRU-K还需要维护历史队列，所以消耗的内存会更多。
*/
class Lru_K
{
public static $historyList = []; // 访问历史队列
public static $lruList = []; // 顺序存储单链表结构
public static $maxLen = ; // 链表允许最大长度
public static $nowLen = ; // 链表当前长度 /**
* LRU_K constructor.
* 由于 PHP 不是常驻进程程序，所以链表初始化可以通过 Mysql/Redis 实现
*/
public function __construct()
{
self::$lruList = [];
self::$historyList = [];
self::$nowLen = count(self::$lruList);
} /**
* 获取 key => value
* @param $key
* @return null
*/
public function get($key)
{
$value = null; // 查找 lru 缓存
for ($i = ; $i < self::$nowLen; $i++) { // 如果存在缓存，则直接返回，并将数据重新插入链表头部
if (isset(self::$lruList[$i][$key])) { $value = self::$lruList[$i][$key]; unset(self::$lruList[$i]); array_unshift(self::$lruList, [$key => $value]); break;
}
} // 如果没有找到 lru 缓存, 则进入历史队列进行计数，当次数大于等于5时候，进入缓存队列
if (!isset($value)) {
self::$historyList[$key]++; $value = $this->getData($key); // 进入缓存队列
if (self::$historyList[$key] >= ) {
array_unshift(self::$lruList, [$key => $value]); // 根据实际项目情况获取数据
self::$nowLen++; if (self::$nowLen > self::$maxLen) {
self::$nowLen--;
array_pop(self::$lruList);
} unset(self::$historyList[$key]); // 历史队列推出
}
} return $value; } /**
* 输出 Lru 队列
*/
public function echoLruList()
{
var_dump(self::$lruList);
var_dump(self::$historyList);
} /**
* 根据真实环境获取数据
* @param $key
* @return string
*/
public function getData($key)
{
return 'data';
}
}