如何利用Go语言实现LRU Cache

1 基本概念

LRU是一个老生常谈的问题，即最近最少使用，LRU是Least Recently Used的缩写，是一种操作系统中常用的页面置换算法，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间 t，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其 t 值最大的，即最近最少使用的页面予以淘汰。

实现LRU基本的数据结构：Map+LinkedList

一般规则：

• 添加数据时，将新增数据节点放在头指针，尾结点部分大于最大长度时删除。
• 删除数据时，先按照Map的规则进行查找，再根据链表规则进行删除。
• 查找数据时，按照Map进行查找，没有则返回空，有则返回该数据的值并移动到头节点。

2 代码实现

package main
import "fmt"

var head *Node
var end *Node

type Node struct {
   Key   string
   Value string
   pre   *Node
   next  *Node
}

func (n *Node) Init(key string, value string) {
   n.Key = key
   n.Value = value
}

type LRUCache struct {
   Capacity int              //页面初始化大小
   Size     int              //页面实际大小
   Map      map[string]*Node //具体的cache
}

func GetLRUCache(capacity int) *LRUCache {
   lruCache := LRUCache{Capacity: capacity}
   lruCache.Map = make(map[string]*Node, capacity)
   return &lruCache
}

func (l *LRUCache) get(key string) string {
   if v, ok := l.Map[key]; ok {
      l.refreshNode(v)
      return v.Value
   } else {
      return "null"
   }
}

func (l *LRUCache) put(key, value string) {
   if v, ok := l.Map[key]; !ok {
      if len(l.Map) >= l.Capacity {
         oldKey := l.removeNode(head)
         delete(l.Map, oldKey)
      }
      node := Node{Key: key, Value: value}
      l.addNode(&node)
      l.Map[key] = &node
   } else {
      v.Value = value
      l.refreshNode(v)
   }
}

func (l *LRUCache) refreshNode(node *Node) {
   if node == end {
      return
   }
   l.removeNode(node)
   l.addNode(node)
}

func (l *LRUCache) removeNode(node *Node) string {
   if node == end {
      end = end.pre
   } else if node == head {
      head = head.next
   } else {
      node.pre.next = node.next
      node.next.pre = node.pre
   }
   return node.Key
}

func (l *LRUCache) addNode(node *Node) {
   if end != nil {
      end.next = node
      node.pre = end
      node.next = nil
   }
   end = node
   if head == nil {
      head = node
   }
}

3 测试使用

func main() {
   lruCache := GetLRUCache(3)
   lruCache.put("001", "1")
   lruCache.put("002", "2")
   lruCache.put("003", "3")
   lruCache.put("004", "4")
   lruCache.put("005", "5")
   lruCache.get("002")
   fmt.Println(lruCache.get("001"))
   fmt.Println(lruCache.get("002"))
   fmt.Print(lruCache.Map)
}

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