頁面置換演算法之LRU快取機制

2021-09-12 08:00:20 字數 2129 閱讀 9041

lru是頁面置換演算法的其中乙個,是一種最近最少使用的快取機制,它支援以下操作

獲取資料 get(key) - 如果金鑰 (key) 存在於快取中,則獲取金鑰的值(總是正數),否則返回 -1。

寫入資料 put(key, value) - 如果金鑰不存在,則寫入其資料值。當快取容量達到上限時,它應該在寫入新資料之前刪除最近最少使用的資料值,從而為新的資料值留出空間。

我們使用o(1)的時間複雜度完成這兩種操作

lrucache cache = new lrucache( 2 /* 快取容量 */ );

cache.put(1, 1);

cache.put(2, 2);

cache.get(1); // 返回 1

cache.put(3, 3); // 該操作會使得金鑰 2 作廢

cache.get(2); // 返回 -1 (未找到)

cache.put(4, 4); // 該操作會使得金鑰 1 作廢

cache.get(1); // 返回 -1 (未找到)

cache.get(3); // 返回 3

cache.get(4); // 返回 4

思路:

使用兩個資料結構,乙個是佇列,乙個是雜湊map

確保通過佇列的結點可以找到雜湊map,通過雜湊map也可以找到佇列的結點,我們這樣定義

//pair 中的first和second我叫做 key 和value

list< pair> queue;

//m的first是key,這個key和queue中pair的key相對應,m的second的是list的迭代器

unordered_map>::iterator > m;

從上面的結構我們可以發現,通過key經過雜湊map的索引我們找到list的迭代器,通過list的迭代器我們就可以找到pair結構的second,也就是value,同樣的,在已知list的迭代器的情況下,我們可以通過迭代器中的key去索引到map的迭代器。

根據上面的敘述我們可以捋一下程式的大致流程:

set操作:

我們用乙個佇列去紀錄我們的資料使用的順序,在佇列的最尾端是最早使用的資料,也就是最近使用最少的資料。

1.當set乙個key-value後,我們首先尋找這個key是否在雜湊map中能找到,如果找到了就找到了對應list中的迭代器了,我們把list對應的那個結點調整到佇列首,表示最新使用的,並且把雜湊map中key對應的值重新指向調整後的結點

2.如果沒有找到說明要增加新資料,先判斷容量夠不夠用,如果夠用(size < cap)直接size要++,同時要向佇列中插入乙個key-value,並且雜湊map中也要生成乙個key-value指向list中的結點,如果容量(size == cap)不夠用就要淘汰最不經常使用的結點(實際上就是list中的尾結點),怎麼刪除呢? 先用list中尾結點的key值把雜湊map中的對映關係刪除掉,然後再刪除list中的尾結點,最後再新增新結點。

get操作:

get操作就是讀取對應key值對應的value值,需要做的就是每次讀取後,如果key值存在就把key值對應的list結點調整到首部,表示最新使用的,並且調整雜湊map中key對應的結點

如果key沒有對應的結點就直接返回-1即可。

class lrucache 

int get(int key)

else

}void put(int key, int value)

else

}else

//重新入乙個新的鍵值對

//重新建立對映關係

ls.push_front(pair(key,value));

key_list_map[key] = ls.begin();

}int cap;

int size;

std::list< std::pair> ls;

std::unordered_map>::iterator> key_list_map;

};

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