一种具有O(1)复杂度的LFU算法实现(java 实现)
创始人
2025-05-29 13:59:12
0次

最近在做一些数据缓存方面的工作。研究了LRU算法和LFU算法。

  • LRU有成熟的O(1)复杂度算法:参考:https://juejin.cn/post/7055600927671058469
  • LFU最佳实现方法是O(log n)的。但项目中要求算法高效,所以学习了O(1)复杂度的算法实现:参考: https://tech.ipalfish.com/blog/2020/03/25/lfu/

算法本质上是维护一个如图的数据结构:

  • 一个HashMap
  • 一个双向链表(链表元素又是一个双向子链表,具有相同访问次数的数据会放在相同的链表中)。
    在这里插入图片描述

此时聪明的你应该想到如何实现了!下面以一个例子说明其原理。为了画图方便。省略了两类指针:

  1. HashMap指向子链表元素的指针
  2. 双向子链表元素指向双向链表节点的指针

在本文的实现中,初始时只有一个频次为0的链表:
在这里插入图片描述

当加入值时,都默认放在这个频次为0的链表中。比如添加a, b, c后。
在这里插入图片描述

当获取值时,会把它的频次加1,以b为例,即会把b移动到一个新的链表。
在这里插入图片描述

当缓存不足时,将优先淘汰访问频次最小的。可以从head开始查找,将找到的第一个从链表中删除即可。即会把a删除,删除后如图。
在这里插入图片描述

无论是加入、获取、淘汰,操作的复杂度都是O(1)的。

package com.iscas.intervention.data.cache;import java.util.HashMap;/*** O(1) 的LFU实现* @author cloudea* @date 2023/03/17*/
public class LFU {/*** 保存数据的双向链表结点*/public  static class LFUListNode {public String key;public Object value;public LFUListNode last;public LFUListNode next;public LFUDoubleListNode master; // 指向所属的频次节点public LFUListNode(String key, Object value) {this.key = key;this.value = value;}}/*** 保存频次的双向链表节点*/public static class LFUDoubleListNode {public int count; // 频次public LFUListNode head ;public LFUListNode tail;public LFUDoubleListNode last;public LFUDoubleListNode next;public LFUDoubleListNode (int count){this.count = count;// 初始化哨兵this.head = new LFUListNode(null, null);this.tail = new LFUListNode(null, null);this.head.next = this.tail;this.tail.last = this.head;}}/*** 频次双向链表*/public static class LFUDoubleList {public LFUDoubleListNode head;public LFUDoubleListNode tail;public LFUDoubleList(){this.head = new LFUDoubleListNode(0);this.tail = new LFUDoubleListNode(0);this.head.next = this.tail;this.tail.last = this.head;}}private HashMap caches = new HashMap<>();private LFUDoubleList counts = new LFUDoubleList();public LFU(){// 初始化访问频次为0的结点LFUDoubleListNode lfuDoubleListNode = new LFUDoubleListNode(0);lfuDoubleListNode.last = counts.head;lfuDoubleListNode.next = counts.tail;counts.head.next = lfuDoubleListNode;counts.tail.last = lfuDoubleListNode;}public void set(String key, Object value){if(caches.containsKey(key)) {// 如果存在,则更新一下value即可caches.get(key).value = value;}else{// 否则,需要放入链表中(放入频率为0的链表)LFUListNode node = new LFUListNode(key, value);node.master = counts.head.next;node.last = node.master.tail.last;node.next = node.master.tail;node.last.next = node;node.next.last = node;caches.put(key, node);}}public Object get(String key){if(caches.containsKey(key)){// 如果存在,直接返回,然后更新频次 (频次加1)LFUListNode node = caches.get(key);LFUDoubleListNode nextMaster = node.master.next;if(nextMaster.count != node.master.count + 1) {// 新建一个master节点LFUDoubleListNode A = node.master;LFUDoubleListNode B = node.master.next;LFUDoubleListNode n = new LFUDoubleListNode(node.master.count + 1);n.last = A;n.next = B;A.next = n;B.last = n;nextMaster = n;}// 把结点从当前master删除node.last.next = node.next;node.next.last = node.last;// 把结点加入到下一个masternode.last = nextMaster.tail.last;node.next = nextMaster.tail;node.last.next = node;node.next.last = node;node.master = nextMaster;// 返回节点值return node.value;}return null;}/*** 删除频次最小的元素*/public Object remove(){if(size() != 0){for(var i = counts.head.next; i != counts.tail; i = i.next){for(var j = i.head.next; j != i.tail; j = j.next){// 删除当前元素j.last.next = j.next;j.next.last = j.last;// 删除当前master(如果没有结点的话)if(j.master.head.next == j.master.tail){if(j.master.count != 0){j.master.last.next = j.master.next;j.master.next.last = j.master.last;}}// 从hashmap中删除caches.remove(j.key);return j.value;}}}return null;}public int size(){return caches.size();}
}

相关内容

热门资讯

在大吉订购APP订购交易亏损被...   近期,不少投资者反映在“大吉订购App”上投资白银、铂金等商品遭遇严重亏损。该平台宣称提供现货订...
铂银壹号APP商品订购交易亏损...   许多中小投资者误以为网上的“商品现货订购”是合规合法的理财渠道,殊不知这背后隐藏着巨大的合规风险...
兴鑫淘金APP贵金属订购交易亏...   白银、贵金属或其他商品类投资,除国家批准的正规期货交易场所及持牌期货公司外,市面上大量第三方交易...
铂银掘金APP无资质的违规平台...   铂银掘金等平台的投资者,往往是被“注册送现金”“充值返现券”“首单免亏”等广告话术吸引,进而下载...
八方淘金APP订购交易不合规,...   “八方淘金APP”“铂银掘金APP”“铂银壹号APP”等软件被指以“现货订购”为名,实际采用高杠...
在指尖订购APP订购商品亏损被...   指尖订购APP这类平台,表面是“订购交易”,实则是披着电商外衣的非法期货陷阱。绝大多数投资者被蒙...
在犀贝易购APP做商品订购交易...   市面上打着“现货投资”“贵金属交易”旗号的APP并不少,但真正合规、受监管的平台并不多。犀贝易购...
易达淘金APP虚假商品订购交易...   易达淘金APP存在严重的虚假宣传与违规交易行为。该平台打着“商品订购”的旗号,实则通过不合规的交...
大浪淘金APP白银订购亏损被骗...   大浪淘金APP最隐蔽的套路,在于其完全封闭的内盘交易系统。表面上,它宣称与国际贵金属市场接轨;实...
一品好购APP上订购白银出现亏...   一品好购APP原名“一品订购”,运营方为上海宝智未来信息技术有限公司。近期不少投资者反映在该平台...
九州订购APP贵金属订购投资骗...   九州订购APP正通过抖.音、快手、今日头条等平台大量投放投资广告,用“5元起投”“充值返现”“0...
坚锅淘金APP交易软件并不正规...   当前,市面上大量所谓的“现货商城订购”交易软件,早已偏离了正常的实物商品买卖,演变为高杠杆、高手...
斗金订购APP贵金属期货交易骗...   斗金订购APP的投资者往往被铺天盖地的广告宣传所诱导——注册即送现金、充值返现券等看似诱人的福利...
警惕!云启购APP违规经营,披...   "5元起投、充值返现、稳赚不赔"——这些诱人的广告语背后,可能是一个精心设计的金融陷阱。  近期...
量子淘金APP贵金属投资不合规...   "4元起投""充值返券""月入过万"——这些极具诱惑力的广告语在短视频平台、社交软件上铺天盖地。...
鑫汇智投APP贵金属商品订购骗...   鑫汇智投APP非法期货投资骗局,受害者在投资过程中根本不懂交易,也不去研究和验证这个平台是否正规...
矅光智策APP平台违规经营非法...   矅光智策APP对外宣称是“商城订购”“现货交易”,但查询其经营范围,并未显示具备开展现货期货交易...
黄金珠宝怎么选?内侧刻字都代表... 潮新闻客户端 记者 马焱 通讯员 任倩影 9月8日下午,“云游杭州 乐购金秋”——“浙城·浙放心”活...
原创 冰... 最近全球国债市场正在上演魔幻一幕: 美债、日债、欧债遭遇猛烈抛售,收益率冲到几十年新高,美国财政部都...
日韩股市开盘表现分化 上证报中国证券网讯 9月9日,日韩股市开盘表现分化,韩国综合指数开盘上涨0.26%,报6972.87...