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)

}