【日拱一卒】链表——如何实现lru
【日拱一卒】链表——如何实现lru
LRU
Redis的内存淘汰机制好几种，如ttl、random、lru。
lru（less recently used）即最近最少使用策略，表示在最近一段时间内最少被使用到的Redis键，如果遇到内存不足，会有限淘汰这部分键来腾出更多空间。
今天就来说说lru这种淘汰策略是如何通过链表这种结构实现的。
难点
在链表结构中，如何表示最近访问的节点和如何表示最久没有访问的节点？
如何判定一个链表中是否存在要查找的节点？
如何向链表结构插入节点，并放在最近最新的节点位置？
如果在链表中删除一个节点？
思路
结合上面的难点，我们可以构建一个可以解决问题的链表模型。
如何表示最近访问的节点和如何表示最久没有访问的节点
可以设计一个双向链表，头结点表示最近访问的节点，尾结点表示最久没有访问的节点。使用双向链表是为了查找和定位更加方便。
如何判定一个链表中是否存在要查找的节点
解决这个问题，最直接的思路就是遍历整个链表，依次匹配如果找到相同的值，对应的节点就是待查找的节点，如果遍历完整个链表，还是没有找到，表示该链表不存在该节点。
还有一种思路是将链表的所有节点存放到一个map结合中，查找的时候直接通过map的key进行查找即可。
如何向链表结构插入节点，并放在最近最新的节点位置
结合前面几篇，我们知道，链表的插入和删除是非常方便的，但是在lru问题背景下，如果插入节点并保证是最新的位置呢？显然最新的节点是要放到头结点的。
另外需要注意的点是，插入之前需要先查找这个节点是否存在链表中，如果存在需要先删除。
如果在链表中删除一个节点
删除一个节点的前置步骤应该是先判定一个节点是否存在链表中，如果存在删除即可，如果不存在则无需删除。
通过以上几个问题，我们大概可以构想出几个原子函数
- 初始化双向链表结构
- 查找指定节点
- 插入指定节点
- 删除指定节点
下面我们主要看如何实现这几个函数就可以了，主要代码如下
type LRUCache struct {
Cap int
Map map[int]*Node
Head *Node
Last *Node
}
type Node struct {
Val int
Key int
Pre *Node
Next *Node
}
func Constructor(capacity int) LRUCache {
cache := LRUCache{
Cap: capacity,
Map: make(map[int]*Node, capacity),
Head: &Node{},
Last: &Node{},
}
cache.Head.Next = cache.Last
cache.Last.Pre = cache.Head
return cache
}
func (this *LRUCache) Get(key int) int {
node, ok := this.Map[key]
if !ok {
return -1
}
this.remove(node)
this.setHeader(node)
return node.Val
}
func (this *LRUCache) Put(key int, value int) {
node, ok := this.Map[key]
if ok {
this.remove(node)
} else {
if len(this.Map) == this.Cap {
delete(this.Map, this.Last.Pre.Key)
this.remove(this.Last.Pre)
}
node = &Node{Val: value, Key: key}
this.Map[node.Key] = node
}
node.Val = value
this.setHeader(node)
}
func (this *LRUCache) setHeader(node *Node) {
this.Head.Next.Pre = node
node.Next = this.Head.Next
this.Head.Next = node
node.Pre = this.Head
}
func (this *LRUCache) remove(node *Node) {
node.Pre.Next = node.Next
node.Next.Pre = node.Pre
}
初始化的双向链表如上图所示，一个节点包括数据部分data，前继节点pre和后继节点next。
所有节点数据放入map集合中。
Get()方法会在map中查找，如果不存在，则直接返回。如果存在，则调用remove先删除该节点，再调用setHeader将节点放入头结点。
Put()方法会首先在map中查找对应节点，如果找到，则先调用remove删除方法删除改节点，并调用setHeader方法将节点放入头结点。
至此一个lru的淘汰策略使用一个双向链表就实现了。
链表总结
前面几篇，分别介绍了通过链表结构如何实现链表反转、判断链表是否有环、链表结构的回文判断、有序链表的合并以及本篇的lru实现。
链表具备插入删除方便，但是查找效率较低的特性。
以下是对于链表结构的梳理
