背景
前阵子有个项目需要写个IP限制中间件，本想着用 AspNetCoreRateLimit 来解决就好，但要求挺独特需要在线状态什么，划分地区限制什么的，那这个中间件看起来就不太能满足我的需求了（研究不多）。没办法自己写个差不多的得了，因考虑到请求响应速率问题，肯定得使用缓存，请求多了使用缓存时不能让它无限膨胀，就要做大小的限制，所以就了解到了这个LRU算法，用以将超出大小限制的缓存进行淘汰，在此自己学完写完顺便整理下。
LRU描述
LRU （Least recently used：最近最少使用），也看有称为最近最少使用页面置换算法。
常作为缓存淘汰策略使用，当然除了 LRU，常见的缓存淘汰还有 FIFO（first-in, first-out：先进先出） 和 LFU（Least frequently used：最少使用），这里就不一一说了。
LRU 算法在缓存写满的时候，会根据所有数据的访问记录，淘汰掉未来被访问几率最低的数据。该算法认为，最近被访问过的数据，在将来被访问的几率最大。也就是说我们认为最近使用过的数据应该是“有用的”，很久都没用过的数据应该是“无用的”，内存满了就优先删那些很久没用过的数据。
LRU原理
首先我们可以把 cache 理解成一个有长度限制的队列，排序因子就是使用时间 假设左边是队头，右边是队尾 新元素直接压入队头，每当已有元素被使用，就直接提到左边队头，久而久之未使用的元素就在队尾，队列长度到达临界值就将队尾元素移除。
从上面的描述中就知道了我们需要的数据结构特性：
- 有序：区分最近使用的和久未使用的数据；
- 唯一Key：查找键是否已存在；容量满了要删除最后一个数据；每次访问要把数据插入到队头；
- 查询效率快：用于缓存不快不行
那么，什么数据结构符合上述条件呢？
- 链表：数据有序，插入删除快，但是查找慢；
- 哈希表：数据无序，查找快，；
结合一下，形成一种新的数据结构：哈希链表。就是借助哈希表赋予了链表快速查找的特性嘛：可以快速查找某个 key 是否存在缓存（链表）中，同时可以快速删除、添加节点。这样读取，压入操作时间复杂度接近为 O(1)；这种数据结构是不是很贴合 LRU 缓存的需求？
代码实现
基于C#的代码实现类（线程不安全）
public class LRUCache<TKey, TValue>
{
/// <summary>
/// 双链表的Hash映射表
/// </summary>
private readonly Dictionary<TKey, LinkedNode<TKey, TValue>> _dicLinkedNode;
/// <summary>
/// 缓存临界值
/// </summary>
private readonly int _capacity;
/// <summary>
/// 链表头
/// </summary>
private readonly LinkedNode<TKey, TValue> _head;
/// <summary>
/// 链表尾
/// </summary>
private readonly LinkedNode<TKey, TValue> _tail;
private int _count;
public class LinkedNode<TNKey, TNValue>
{
public LinkedNode<TNKey, TNValue> Pre;
public LinkedNode<TNKey, TNValue> Next;
public TNKey Key;
public TNValue Value;
}
public LRUCache(int capacity)
{
_dicLinkedNode = new Dictionary<TKey, LinkedNode<TKey, TValue>>();
this._capacity = capacity;
_head = new LinkedNode<TKey, TValue>();
_tail = new LinkedNode<TKey, TValue>();
_head.Next = _tail;
_tail.Pre = _head;
this._count = 0;
}
/// <summary>
/// 添加到头部
/// </summary>
private void AddToHead(LinkedNode<TKey, TValue> node)
{
node.Pre = _head;
node.Next = _head.Next;
_head.Next.Pre = node;
_head.Next = node;
}
/// <summary>
/// 移除
/// </summary>
private static void RemoveNode(LinkedNode<TKey, TValue> node)
{
node.Pre.Next = node.Next;
node.Next.Pre = node.Pre;
}
/// <summary>
/// 从尾部移除
/// </summary>
private LinkedNode<TKey, TValue> PopTail()
{
var node = _tail.Pre;
RemoveNode(node);
return node;
}
public TValue Get(TKey key)
{
if (_dicLinkedNode.ContainsKey(key))
{
var node = _dicLinkedNode[key];
RemoveNode(node);
AddToHead(node);
return node.Value;
}
return default;
}
/// <summary>
/// 压入
/// </summary>
public void Push(TKey key, TValue value)
{
if (_dicLinkedNode.ContainsKey(key))
{
var node = _dicLinkedNode[key];
node.Value = value;
RemoveNode(node);
AddToHead(node);
}
else
{
var node = new LinkedNode<TKey, TValue>();
node.Value = value;
node.Key = key;
_dicLinkedNode.Add(key, node);
if (_count < _capacity)
{
AddToHead(node);
_count++;
}
else
{
var delectNode = PopTail();
_dicLinkedNode.Remove(delectNode.Key);
AddToHead(node);
}
}
}
}
上面的例子只是简单演示了下根据原理的实现，实际上我们还要考虑线程安全的问题，众所周知C#的Dictionary集合非线程安全，大家可以自己根据提供的Demo实现下使用C#线程安全集合的LRU缓存类。
断断续续的整理归纳，感觉理解还不是很到位，权当记笔记了，毕竟好记性不如烂笔头。
