• 简单的java缓存实现

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    坚持最初的执着，从不曾有半点懈怠，为优秀而努力，为证明自己而活。

    提到缓存，不得不提就是缓存算法(淘汰算法)，常见算法有LRU、LFU和FIFO等算法，每种算法各有各的优势和缺点及适应环境。

    1、LRU(Least Recently Used ，最近最少使用)
    算法根据数据的最近访问记录来淘汰数据，其原理是如果数据最近被访问过，将来被访问的几概率相对比较高，最常见的实现是使用一个链表保存缓存数据，详细具体算法如下：
    1. 新数据插入到链表头部；
    2. 每当缓存数据命中，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；


    2、LFU(Least Frequently Used，最不经常使用)
    算法根据数据的历史访问频率来淘汰数据，其原理是如果数据过去被访问次数越多，将来被访问的几概率相对比较高。LFU的每个数据块都有一个引用计数，所有数据块按照引用计数排序，具有相同引用计数的数据块则按照时间排序。
    具体算法如下：
    1. 新加入数据插入到队列尾部（因为引用计数为1）；
    2. 队列中的数据被访问后，引用计数增加，队列重新排序；
    3. 当需要淘汰数据时，将已经排序的列表最后的数据块删除；

    3、FIFO(First In First Out ，先进先出)
    算法是根据先进先出原理来淘汰数据的，实现上是最简单的一种,具体算法如下：
    1. 新访问的数据插入FIFO队列尾部，数据在FIFO队列中顺序移动；
    2. 淘汰FIFO队列头部的数据；

    评价一个缓存算法好坏的标准主要有两个，一是命中率要高，二是算法要容易实现。当存在热点数据时，LRU的效率很好，但偶发性的、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。LFU效率要优于LRU，且能够避免周期性或者偶发性的操作导致缓存命中率下降的问题。但LFU需要记录数据的历史访问记录，一旦数据访问模式改变，LFU需要更长时间来适用新的访问模式，即：LFU存在历史数据影响将来数据的“缓存污染”效用。FIFO虽然实现很简单，但是命中率很低，实际上也很少使用这种算法。

    基于现有jdk类库，我们可以很容易实现上面的缓存算法

    首先定义缓存接口类

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    /**
     * 缓存接口
     * @author Wen
     *
     */
    public interface Cache<K,V> {
        /**
         * 返回当前缓存的大小
         *
         * @return 
         */
        int size();
         
        /**
         * 返回默认存活时间
         *
         * @return
         */
        long getDefaultExpire();
         
        /**
         * 向缓存添加value对象,其在缓存中生存时间为默认值
         *
         * @param key
         * @param value
         */
        void put(K key ,V value) ;
         
        /**
         * 向缓存添加value对象,并指定存活时间
         * @param key
         * @param value
         * @param expire  过期时间
         */
        void put(K key ,V value , long expire ) ;
         
        /**
         * 查找缓存对象
         * @param key
         * @return
         */
        V get(K key);
         
        /**
         * 淘汰对象
         *
         * @return  被删除对象大小
         */
        int eliminate();
         
        /**
         * 缓存是否已经满
         * @return
         */
        boolean isFull();
     
        /**
         * 删除缓存对象
         *
         * @param key
         */
        void remove(K key);
     
        /**
         * 清除所有缓存对象
         */
        void clear();
     
        /**
         * 返回缓存大小
         *
         * @return 
         */
        int getCacheSize();
     
        /**
         * 缓存中是否为空
         */
        boolean isEmpty();
     
    }
    基本实现抽象类
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    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
     
    /**
     * 默认实现
     */
    public abstract class AbstractCacheMap<K,V> implements Cache<K,V> {
     
        class CacheObject<K2,V2> {
            CacheObject(K2 key, V2 value, long ttl) {
                this.key = key;
                this.cachedObject = value;
                this.ttl = ttl;
                this.lastAccess = System.currentTimeMillis();
            }
     
            final K2 key;
            final V2 cachedObject;
            long lastAccess;        // 最后访问时间
            long accessCount;       // 访问次数
            long ttl;               // 对象存活时间(time-to-live)
     
            boolean isExpired() {
                if (ttl == 0) {
                    return false;
                }
                return lastAccess + ttl < System.currentTimeMillis();
            }
            V2 getObject() {
                lastAccess = System.currentTimeMillis();
                accessCount++;
                return cachedObject;
            }
        }
     
        protected Map<K,CacheObject<K,V>> cacheMap;
     
        private final ReentrantReadWriteLock cacheLock = new ReentrantReadWriteLock();
        private final Lock readLock = cacheLock.readLock();
        private final Lock writeLock = cacheLock.writeLock();
     
     
     
        protected int cacheSize;      // 缓存大小 , 0 -> 无限制
         
        protected  boolean existCustomExpire ; //是否设置默认过期时间
         
        public int getCacheSize() {
            return cacheSize;
        }
     
        protected long defaultExpire;     // 默认过期时间, 0 -> 永不过期
         
        public AbstractCacheMap(int cacheSize ,long defaultExpire){
            this.cacheSize  = cacheSize ;
            this.defaultExpire  = defaultExpire ;
        }
     
         
        public long getDefaultExpire() {
            return defaultExpire;
        }
     
     
        protected boolean isNeedClearExpiredObject(){
            return defaultExpire > 0 || existCustomExpire ;
        }
     
         
        public void put(K key, V value) {
            put(key, value, defaultExpire );
        }
     
     
        public void put(K key, V value, long expire) {
            writeLock.lock();
     
            try {
                CacheObject<K,V> co = new CacheObject<K,V>(key, value, expire);
                if (expire != 0) {
                    existCustomExpire = true;
                }
                if (isFull()) {
                    eliminate() ;
                }
                cacheMap.put(key, co);
            }
            finally {
                writeLock.unlock();
            }
        }
     
     
     
        /**
         * {@inheritDoc}
         */
        public V get(K key) {
            readLock.lock();
     
            try {
                CacheObject<K,V> co = cacheMap.get(key);
                if (co == null) {
                    return null;
                }
                if (co.isExpired() == true) {
                    cacheMap.remove(key);
                    return null;
                }
     
                return co.getObject();
            }
            finally {
                readLock.unlock();
            }
        }
         
        public final int eliminate() {
            writeLock.lock();
            try {
                return eliminateCache();
            }
            finally {
                writeLock.unlock();
            }
        }
         
        /**
         * 淘汰对象具体实现
         *
         * @return
         */
        protected abstract int eliminateCache();
     
     
         
        public boolean isFull() {
            if (cacheSize == 0) {//o -> 无限制
                return false;
            }
            return cacheMap.size() >= cacheSize;
        }
     
         
        public void remove(K key) {
            writeLock.lock();
            try {
                cacheMap.remove(key);
            }
            finally {
                writeLock.unlock();
            }
        }
     
         
        public void clear() {
            writeLock.lock();
            try {
                cacheMap.clear();
            }
            finally {
                writeLock.unlock();
            }
        }
     
        public int size() {
            return cacheMap.size();
        }
     
         
        public boolean isEmpty() {
            return size() == 0;
        }
    }
    LRU缓存实现类
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    import java.util.Iterator;
    import java.util.LinkedHashMap;
    import java.util.Map;
     
    /**
     * LRU  实现
     * @author Wen
     *
     * @param <K>
     * @param <V>
     */
    public class LRUCache<K, V> extends AbstractCacheMap<K, V> {
     
        public LRUCache(int cacheSize, long defaultExpire) {
             
            super(cacheSize , defaultExpire) ;
     
            //linkedHash已经实现LRU算法 是通过双向链表来实现，当某个位置被命中，通过调整链表的指向将该位置调整到头位置，新加入的内容直接放在链表头，如此一来，最近被命中的内容就向链表头移动，需要替换时，链表最后的位置就是最近最少使用的位置
            this.cacheMap = new LinkedHashMap<K, CacheObject<K, V>>( cacheSize +1 , 1f,true ) {
     
                @Override
                protected boolean removeEldestEntry(
                        Map.Entry<K, CacheObject<K, V>> eldest) {
     
                    return LRUCache.this.removeEldestEntry(eldest);
                }
     
            };
        }
     
        private boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, CacheObject<K, V>> eldest) {
     
            if (cacheSize == 0)
                return false;
     
            return size() > cacheSize;
        }
     
        /**
         * 只需要实现清除过期对象就可以了,linkedHashMap已经实现LRU
         */
        @Override
        protected int eliminateCache() {
     
            if(!isNeedClearExpiredObject()){ return 0 ;}
             
            Iterator<CacheObject<K, V>> iterator = cacheMap.values().iterator();
            int count  = 0 ;
            while(iterator.hasNext()){
                CacheObject<K, V> cacheObject = iterator.next();
                 
                if(cacheObject.isExpired() ){
                    iterator.remove();
                    count++ ;
                }
            }
             
            return count;
        }
     
    }
    LFU实现类
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    import java.util.HashMap;
    import java.util.Iterator;
     
    //LFU实现
    public class LFUCache<K,V> extends AbstractCacheMap<K, V> {
         
     
        public LFUCache(int cacheSize, long defaultExpire) {
            super(cacheSize, defaultExpire);
            cacheMap = new HashMap<K, CacheObject<K,V>>(cacheSize+1) ;
        }
     
        /**
         * 实现删除过期对象 和 删除访问次数最少的对象
         *
         */
        @Override
        protected int eliminateCache() {
            Iterator<CacheObject<K, V>> iterator = cacheMap.values().iterator();
            int count  = 0 ;
            long minAccessCount = Long.MAX_VALUE  ;
            while(iterator.hasNext()){
                CacheObject<K, V> cacheObject = iterator.next();
                 
                if(cacheObject.isExpired() ){
                    iterator.remove();
                    count++ ;
                    continue ;
                }else{
                    minAccessCount  = Math.min(cacheObject.accessCount , minAccessCount)  ;
                }
            }
             
            if(count > 0 ) return count ;
             
            if(minAccessCount != Long.MAX_VALUE ){
                 
                iterator = cacheMap.values().iterator();
                 
                while(iterator.hasNext()){
                    CacheObject<K, V> cacheObject = iterator.next();
                     
                    cacheObject.accessCount  -=  minAccessCount ;
                     
                    if(cacheObject.accessCount <= 0 ){
                        iterator.remove();
                        count++ ;
                    }
                     
                }
                 
            }
             
            return count;
        }
     
    }
    FIFO实现类
    ?
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    import java.util.Iterator;
    import java.util.LinkedHashMap;
    /**
     * FIFO实现
     * @author Wen
     *
     * @param <K>
     * @param <V>
     */
    public class FIFOCache<K, V> extends AbstractCacheMap<K, V> {
     
        public FIFOCache(int cacheSize, long defaultExpire) {
            super(cacheSize, defaultExpire);
            cacheMap = new LinkedHashMap<K, CacheObject<K, V>>(cacheSize + 1);
        }
     
        @Override
        protected int eliminateCache() {
     
            int count = 0;
            K firstKey = null;
     
            Iterator<CacheObject<K, V>> iterator = cacheMap.values().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                CacheObject<K, V> cacheObject = iterator.next();
     
                if (cacheObject.isExpired()) {
                    iterator.remove();
                    count++;
                } else {
                    if (firstKey == null)
                        firstKey = cacheObject.key;
                }
            }
     
            if (firstKey != null && isFull()) {//删除过期对象还是满,继续删除链表第一个
                cacheMap.remove(firstKey);
            }
     
            return count;
        }
     
    }
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  • 原文地址：https://www.cnblogs.com/duyinqiang/p/5696760.html
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