FIFO LRU LFU三種快取演算法

先進先出，如果快取容量滿，則優先移出最早加入快取的資料；其內部可以使用佇列實現。

1）object get(key)：獲取儲存的資料，如果資料不存在或者已經過期，則返回null。

2）void put(key,value,expiretime)：加入快取，無論此key是否已存在，均作為新key處理（移除舊key）；如果空間不足，則移除已過期的key，如果沒有，則移除最早加入快取的key。過期時間未指定，則表示永不自動過期。

3）此題需要注意，我們允許key是有過期時間的，這一點與普通的fifo有所區別，所以在設計此題時需要注意。（也是面試考察點，此題偏設計而非演算法）

普通的fifo或許大家都能很簡單的寫出，此處增加了過期時間的特性，所以在設計時需要多考慮。如下示例，為fifo的簡易設計，尚未考慮併發環境場景。

1）用普通的hashmap儲存快取資料。

2）我們需要額外的map用來儲存key的過期特性，例子中使用了treemap，將「剩餘存活時間」作為key，利用treemap的排序特性。

public class fifocache   
public object get(string key) 
//如果不包含過期時間 
long expired = value.expired; 
long now = system.nanotime(); 
//已過期 
if (expired > 0 && expired <= now) 
return value.value; 
} public void put(string key,object value) 
public void put(string key,object value,int seconds) 
//一次移除所有過期key 
string _value = expired.get(_key); 
cache.remove(_value); 
iterator.remove(); 
} } 
//如果仍然容量不足，則移除最早訪問的資料 
if (capacity < cache.size()) 
iterator.remove(); 
} } 
//如果此key已存在,移除舊資料 
value current = cache.remove(key); 
if (current != null && current.expired > 0) 
//如果指定了過期時間 
if(seconds > 0) else 
} private long expiredtime(int expired) 
public void remove(string key) 
long expired = value.expired; 
if (expired > 0) 
} class value 
} }

least recently used，最近最少使用，是目前最常用的快取演算法和設計方案之一，其移除策略為「當快取（頁）滿時，優先移除最近最久未使用的資料」，優點是易於設計和使用，適用場景廣泛。演算法可以參考leetcode 146 （lru cache）。

1）object get(key)：從canche中獲取key對應的資料，如果此key已過期，移除此key，並則返回null。

2）void put(key,value,expired)：設定k-v，如果容量不足，則根據lru置換演算法移除「最久未被使用的key」，需要注意，根據lru優先移除已過期的keys，如果沒有，則根據lru移除未過期的key。如果未設定過期時間，則認為永不自動過期。

3）此題，設計關鍵是過期時間特性，這與常規的lru有所不同。畢竟「過期時間」特性在cache設計中是必要的。

1）lru的基礎演算法，需要了解；每次put、get時需要更新key對應的訪問時間，我們需要乙個資料結構能夠儲存key最近的訪問時間且能夠排序。

2）既然包含過期時間特性，那麼帶有過期時間的key需要額外的資料結構儲存。

3）暫時不考慮併發操作；盡量兼顧空間複雜度和時間複雜度。

4）此題仍然偏向於設計題，而非純粹的演算法題。

此題**與fifo基本相同，唯一不同點為get()方法，對於lru而言，get方法需要重設訪問時間（即調整所在cache中順序）

public object get(string key)   
//如果不包含過期時間 
long expired = value.expired; 
long now = system.nanotime(); 
//已過期 
if (expired > 0 && expired <= now) 
//相對於fifo，增加順序重置 
cache.remove(key); 
cache.put(key,value); 
return value.value; 
} 複製**lfu
最近最不常用，當快取容量滿時，移除訪問次數最少的元素，如果訪問次數相同的元素有多個，則移除最久訪問的那個。設計要求參見leetcode 460（ lfu cache）
public class lfucache 
public object get(string key) 
touch(key); 
return keytovalue.get(key); 
} /** 
* 如果乙個key被訪問，應該將其訪問次數調整。 
* @param key 
*/ 
private void touch(string key) 
//然後將此key的統計資訊加入到管理列表中 
linkedhashsetcountkeys = counttolrukeys.get(count + 1); 
if (countkeys == null) 
countkeys.add(key); 
} public void put(string key, object value) 
if (keytovalue.containskey(key)) 
//容量超額之後，移除訪問次數最少的元素 
if (keytovalue.size() >= capacity) 
keytocount.remove(evictkey); 
keytovalue.remove(evictkey); 
} keytovalue.put(key, value); 
keytocount.put(key, 1); 
linkedhashsetkeys = counttolrukeys.get(1); 
if (keys == null) 
keys.add(key); 
} }

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三種快取模式（Cache Pattern）

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