PHP实现LRU算法的原理详解

什么是LRU算法

LRU（Least Recently Used）是一种缓存算法，它的过期规则是：缓存空间满时，优先淘汰最近最少使用的缓存数据。即在一段时间内，如果某个数据没有被访问到，那么接下来它被访问到的几率也很小，就可以被淘汰掉。可以理解为"长时间不用的东西，就扔掉"。

LRU算法原理

LRU算法可以通过哈希表和双向链表实现，它的核心思想是：将所有缓存数据按照访问的时间顺序排列，并保证每个数据的操作时间戳都不相同。当缓存满时，将最早访问的数据删除。

实现LRU算法需要使用一个哈希表和一个双向链表。哈希表存储缓存数据，双向链表存储缓存数据的访问时间顺序。当新数据加入缓存时，如果哈希表中已有该数据，则将该数据删除并重新添加到链表的头部；如果哈希表中没有该数据，则将该数据添加到链表的头部，并在哈希表中进行记录。当缓存数据满时，需要删除双向链表中最后一个节点，并在哈希表中删除对应的数据。

PHP实现LRU算法示例1

class LRUCache {
    private $capacity;
    private $hashMap = [];
    private $list = null;

    function __construct($capacity) {
        $this->capacity = $capacity;
        $this->list = new SplLinkedList();
    }

    public function get($key) {
        if (isset($this->hashMap[$key])) {
            $node = $this->hashMap[$key];
            $this->list->detach($node);
            $this->list->addFirst($node);
            return $node->getValue();
        } else {
            return -1;
        }
    }

    public function put($key, $value) {
        if (isset($this->hashMap[$key])) {
            $node = $this->hashMap[$key];
            $this->list->detach($node);
        } else {
            if ($this->list->count() >= $this->capacity) {
                $node = $this->list->getLast();
                $this->list->detach($node);
                unset($this->hashMap[$node->getKey()]);
            }

            $node = new SplDoublyLinkedListNode(compact('key', 'value'));
            $this->hashMap[$key] = $node;
        }

        $this->list->addFirst($node);
    }
}

以上示例中，我们使用了SplLinkedList和SplDoublyLinkedListNode来实现LRU算法。这两个类都是PHP内置的双向链表相关的类。双向链表的特点是可以从前往后遍历，也可以从后往前遍历。每次对节点的操作时间复杂度都是O(1)级别。因此，我们选择这两个类来实现LRU算法。

PHP实现LRU算法示例2

class LRUCache {
    private $capacity;
    private $map = [];
    private $queue = [];

    function __construct($capacity) {
        $this->capacity = $capacity;
    }

    public function get($key) {
        if (!isset($this->map[$key])) {
            return -1;
        }

        $value = $this->map[$key];
        array_splice($this->queue, array_search($key, $this->queue), 1);
        array_unshift($this->queue, $key);
        return $value;
    }

    public function put($key, $value) {
        if (isset($this->map[$key])) {
            array_splice($this->queue, array_search($key, $this->queue), 1);
        } else {
            if (count($this->queue) == $this->capacity) {
                $k = array_pop($this->queue);
                unset($this->map[$k]);
            }
            $this->map[$key] = $value;
        }

        array_unshift($this->queue, $key);
    }
}

以上示例中，我们使用PHP数组和相关函数来实现LRU算法。当有新的数据需要添加到缓存中时，我们先判断缓存是否已经满了。如果满了，需要将最近最少使用的数据删除。我们使用array_pop()函数获取数组最后一个元素，并使用unset()函数从缓存中删除对应的数据。如果缓存没有满，直接在缓存中添加数据。每次添加或者访问缓存中的数据时，我们可以使用array_search()函数来搜索相应的数据，在数组中将其移到最前面。