JavaScript实现LRU缓存淘汰算法的详细步骤
代码实现
class LRUCache { constructor(capacity) { this.capacity = capacity; // 缓存的最大容量 this.cache = new Map(); // 使用 Map 来存储缓存数据 } get(key) { if (!this.cache.has(key)) { return -1; // 如果缓存中没有这个 key,返回 -1 } // 获取值,并将该 key 移动到 Map 的末尾表示最近使用过 const value = this.cache.get(key); this.cache.delete(key); // 先删除 key this.cache.set(key, value); // 重新插入 key-value 使其成为最新的 return value; // 返回找到的值 } put(key, value) { if (this.cache.has(key)) { // 如果缓存中已经有这个 key,先删除它 this.cache.delete(key); } else if (this.cache.size >= this.capacity) { // 如果缓存已满,删除最老的(第一个)元素 const oldestKey = this.cache.keys().next().value; this.cache.delete(oldestKey); } // 插入新的 key-value this.cache.set(key, value); } } // 示例使用 const lruCache = new LRUCache(2); lruCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1} lruCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2} console.log(lruCache.get(1)); // 返回 1,缓存是 {2=2, 1=1} lruCache.put(3, 3); // 缓存容量已满,淘汰最老的键 2,缓存是 {1=1, 3=3} console.log(lruCache.get(2)); // 返回 -1(未找到) lruCache.put(4, 4); // 缓存容量已满,淘汰最老的键 1,缓存是 {3=3, 4=4} console.log(lruCache.get(1)); // 返回 -1(未找到) console.log(lruCache.get(3)); // 返回 3,缓存是 {4=4, 3=3} console.log(lruCache.get(4)); // 返回 4,缓存是 {3=3, 4=4}
代码解释
初始化缓存:
class LRUCache { constructor(capacity) { this.capacity = capacity; // 缓存的最大容量 this.cache = new Map(); // 使用 Map 来存储缓存数据 } }
capacity
表示缓存的最大容量。cache
使用Map
数据结构来存储缓存内容。
获取缓存内容:
get(key) { if (!this.cache.has(key)) { return -1; // 如果缓存中没有这个 key,返回 -1 } // 获取值,并将该 key 移动到 Map 的末尾表示最近使用过 const value = this.cache.get(key); this.cache.delete(key); // 先删除 key this.cache.set(key, value); // 重新插入 key-value 使其成为最新的 return value; // 返回找到的值 }
- 检查缓存中是否存在指定的
key
。 - 如果存在,将该
key
移动到Map
的末尾,表示最近使用过。
- 检查缓存中是否存在指定的
插入缓存内容:
put(key, value) { if (this.cache.has(key)) { // 如果缓存中已经有这个 key,先删除它 this.cache.delete(key); } else if (this.cache.size >= this.capacity) { // 如果缓存已满,删除最老的(第一个)元素 const oldestKey = this.cache.keys().next().value; this.cache.delete(oldestKey); } // 插入新的 key-value this.cache.set(key, value); }
- 如果缓存中已经存在
key
,删除旧的key
。 - 如果缓存容量达到上限,删除最老的元素。
- 插入新的
key-value
对。
- 如果缓存中已经存在
使用示例
const lruCache = new LRUCache(2); lruCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1} lruCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2} console.log(lruCache.get(1)); // 返回 1,缓存是 {2=2, 1=1} lruCache.put(3, 3); // 缓存容量已满,淘汰最老的键 2,缓存是 {1=1, 3=3} console.log(lruCache.get(2)); // 返回 -1(未找到) lruCache.put(4, 4); // 缓存容量已满,淘汰最老的键 1,缓存是 {3=3, 4=4} console.log(lruCache.get(1)); // 返回 -1(未找到) console.log(lruCache.get(3)); // 返回 3,缓存是 {4=4, 3=3} console.log(lruCache.get(4)); // 返回 4,缓存是 {3=3, 4=4}
以上代码实现了一个简单的 LRU 缓存算法,使用 Map
数据结构来存储缓存内容,并通过操作 Map
实现最近最少使用的更新策略。
LRU(Least Recently Used,最近最少使用)缓存算法是一种常见的缓存替换策略,广泛应用于各种领域。
主要的应用场景:
操作系统中的页面置换:
- 在操作系统的虚拟内存管理中,LRU 算法用于决定在内存不足时,哪一页(page)应该被置换出内存。
- 通过淘汰最近最少使用的页面,可以提高内存的利用效率和系统的性能。
数据库缓存:
- 数据库系统会使用缓存来加速查询操作。
- LRU 算法可以用于管理数据库缓存中的数据块,确保最常用的数据优先保留在缓存中,提高查询效率。
浏览器缓存:
- 浏览器会缓存用户访问过的网页资源(如图片、CSS 文件、JavaScript 文件等)。
- 使用 LRU 算法可以有效管理这些缓存资源,使得用户在回访时能更快地加载网页。
内容分发网络(CDN):
- CDN 会缓存常用的内容以减少服务器负载和提高用户访问速度。
- LRU 算法用于管理这些缓存内容,确保最常访问的资源保留在 CDN 的缓存中。
网络路由器缓存:
- 路由器会缓存最近访问过的路由信息以加速数据包的转发。
- 使用 LRU 算法可以有效管理路由器缓存,减少查找延迟。
文件系统缓存:
- 文件系统会缓存最近访问的文件或目录信息。
- LRU 算法用于管理这些缓存,提高文件访问的速度。
应用程序中的数据缓存:
- 各种应用程序(如 Web 应用、移动应用等)都会使用缓存来存储临时数据。
- 使用 LRU 算法可以有效管理这些缓存数据,提升应用性能。
硬件缓存(如 CPU 缓存):
- 在计算机硬件中,CPU 缓存用于加速数据读取和写入操作。
- LRU 算法可以用于管理缓存中的数据块,确保最常用的数据保留在高速缓存中,提高处理器的效率。
这些应用场景中,LRU 算法通过淘汰最近最少使用的缓存数据,确保缓存中的数据尽可能是常用的数据,从而提高系统的性能和效率。
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