简单的java缓存实现

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(LeastRecentlyUsed，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(LeastFrequentlyUsed，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(FirstInFirstOut，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 *@authorWen * */ publicinterfaceCache<K,V>{ /** *返回当前缓存的大小 * *@return */ intsize(); /** *返回默认存活时间 * *@return */ longgetDefaultExpire(); /** *向缓存添加value对象,其在缓存中生存时间为默认值 * *@paramkey *@paramvalue */ voidput(Kkey,Vvalue); /** *向缓存添加value对象,并指定存活时间 *@paramkey *@paramvalue *@paramexpire过期时间 */ voidput(Kkey,Vvalue,longexpire); /** *查找缓存对象 *@paramkey *@return */ Vget(Kkey); /** *淘汰对象 * *@return被删除对象大小 */ inteliminate(); /** *缓存是否已经满 *@return */ booleanisFull(); /** *删除缓存对象 * *@paramkey */ voidremove(Kkey); /** *清除所有缓存对象 */ voidclear(); /** *返回缓存大小 * *@return */ intgetCacheSize(); /** *缓存中是否为空 */ booleanisEmpty(); }

基本实现抽象类

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importjava.util.Map; importjava.util.concurrent.locks.Lock; importjava.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock; /** *默认实现 */ publicabstractclassAbstractCacheMap<K,V>implementsCache<K,V>{ classCacheObject<K2,V2>{ CacheObject(K2key,V2value,longttl){ this.key=key; this.cachedObject=value; this.ttl=ttl; this.lastAccess=System.currentTimeMillis(); } finalK2key; finalV2cachedObject; longlastAccess;//最后访问时间 longaccessCount;//访问次数 longttl;//对象存活时间(time-to-live) booleanisExpired(){ if(ttl==0){ returnfalse; } returnlastAccess+ttl<System.currentTimeMillis(); } V2getObject(){ lastAccess=System.currentTimeMillis(); accessCount++; returncachedObject; } } protectedMap<K,CacheObject<K,V>>cacheMap; privatefinalReentrantReadWriteLockcacheLock=newReentrantReadWriteLock(); privatefinalLockreadLock=cacheLock.readLock(); privatefinalLockwriteLock=cacheLock.writeLock(); protectedintcacheSize;//缓存大小,0->无限制 protectedbooleanexistCustomExpire;//是否设置默认过期时间 publicintgetCacheSize(){ returncacheSize; } protectedlongdefaultExpire;//默认过期时间,0->永不过期 publicAbstractCacheMap(intcacheSize,longdefaultExpire){ this.cacheSize=cacheSize; this.defaultExpire=defaultExpire; } publiclonggetDefaultExpire(){ returndefaultExpire; } protectedbooleanisNeedClearExpiredObject(){ returndefaultExpire>0||existCustomExpire; } publicvoidput(Kkey,Vvalue){ put(key,value,defaultExpire); } publicvoidput(Kkey,Vvalue,longexpire){ writeLock.lock(); try{ CacheObject<K,V>co=newCacheObject<K,V>(key,value,expire); if(expire!=0){ existCustomExpire=true; } if(isFull()){ eliminate(); } cacheMap.put(key,co); } finally{ writeLock.unlock(); } } /** *{@inheritDoc} */ publicVget(Kkey){ readLock.lock(); try{ CacheObject<K,V>co=cacheMap.get(key); if(co==null){ returnnull; } if(co.isExpired()==true){ cacheMap.remove(key); returnnull; } returnco.getObject(); } finally{ readLock.unlock(); } } publicfinalinteliminate(){ writeLock.lock(); try{ returneliminateCache(); } finally{ writeLock.unlock(); } } /** *淘汰对象具体实现 * *@return */ protectedabstractinteliminateCache(); publicbooleanisFull(){ if(cacheSize==0){//o->无限制 returnfalse; } returncacheMap.size()>=cacheSize; } publicvoidremove(Kkey){ writeLock.lock(); try{ cacheMap.remove(key); } finally{ writeLock.unlock(); } } publicvoidclear(){ writeLock.lock(); try{ cacheMap.clear(); } finally{ writeLock.unlock(); } } publicintsize(){ returncacheMap.size(); } publicbooleanisEmpty(){ returnsize()==0; } }

LRU缓存实现类

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importjava.util.Iterator; importjava.util.LinkedHashMap; importjava.util.Map; /** *LRU实现 *@authorWen * *@param<K> *@param<V> */ publicclassLRUCache<K,V>extendsAbstractCacheMap<K,V>{ publicLRUCache(intcacheSize,longdefaultExpire){ 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=newLinkedHashMap<K,CacheObject<K,V>>(cacheSize+1,1f,true){ @Override protectedbooleanremoveEldestEntry( Map.Entry<K,CacheObject<K,V>>eldest){ returnLRUCache.this.removeEldestEntry(eldest); } }; } privatebooleanremoveEldestEntry(Map.Entry<K,CacheObject<K,V>>eldest){ if(cacheSize==0) returnfalse; returnsize()>cacheSize; } /** *只需要实现清除过期对象就可以了,linkedHashMap已经实现LRU */ @Override protectedinteliminateCache(){ if(!isNeedClearExpiredObject()){return0;} Iterator<CacheObject<K,V>>iterator=cacheMap.values().iterator(); intcount=0; while(iterator.hasNext()){ CacheObject<K,V>cacheObject=iterator.next(); if(cacheObject.isExpired()){ iterator.remove(); count++; } } returncount; } }

LFU实现类

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importjava.util.HashMap; importjava.util.Iterator; //LFU实现 publicclassLFUCache<K,V>extendsAbstractCacheMap<K,V>{ publicLFUCache(intcacheSize,longdefaultExpire){ super(cacheSize,defaultExpire); cacheMap=newHashMap<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 protectedinteliminateCache(){ Iterator<CacheObject<K,V>>iterator=cacheMap.values().iterator(); intcount=0; longminAccessCount=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)returncount; 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++; } } } returncount; } }

FIFO实现类

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importjava.util.Iterator; importjava.util.LinkedHashMap; /** *FIFO实现 *@authorWen * *@param<K> *@param<V> */ publicclassFIFOCache<K,V>extendsAbstractCacheMap<K,V>{ publicFIFOCache(intcacheSize,longdefaultExpire){ super(cacheSize,defaultExpire); cacheMap=newLinkedHashMap<K,CacheObject<K,V>>(cacheSize+1); } @Override protectedinteliminateCache(){ intcount=0; KfirstKey=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); } returncount; } } 转载自http://www.open-open.com/lib/view/open1388368682469.html