前阵子在公司给某客户做的邮箱系统登录页背景图的定制化开发。无意中想到一个问题：若系统支持给不同集团做定制化的登录页背景图开发，那就是图片不能直接存项目的资源文件了。只能通过文件形式或者图片Base64存数据库。那么问题来了，若是每一次浏览系统登录页时，都需要读一次文件目录或数据库，岂不是对数据库产生压力？能不能有一种方式，不需要大费周章的引入缓存的框架，仅JAVA来实现简单的缓存？于是便发现了我接下来要讲述的几种：LRU、FIFO（linkedHashMap,hashMap）、以及用 weakHashMap 来实现缓存
当然，也是可以直接引入缓存框架的，目前比较常用的缓存有 Readis 、 memcached。
缓存的主要思想有 LRU 和 FIFO。其中 LRU 英文为 Least Recently Used(最近最久未使用)。 FIFO 英文为 first in fisrst out(先进先出)。而实现则主要用 linkedHashMap、hashMap、weakHashMap。
LRU
LRU 缓存思想
- 固定缓存大小，需要给缓存分配一个固定的大小。
- 每次读取缓存都会改变缓存的使用时间，将缓存的存在时间重新刷新（在链式中，则是把这次试用的节点，抽出来放到最后一个）。
- 需要在缓存满了后，将最近最久未使用的缓存删除，再添加最新的缓存。
这是LinkedHashMap的一个构造函数，传入的第三个参数accessOrder为true的时候，就按访问顺序对LinkedHashMap排序，为false的时候就按插入顺序，默认是为false的。 当把accessOrder设置为true后，就可以将最近访问的元素置于最前面，这样就可以满足上述的第二点。
/**
* Constructs an empty <tt>LinkedHashMap</tt> instance with the
* specified initial capacity, load factor and ordering mode.
*
* @param initialCapacity the initial capacity
* @param loadFactor the load factor
* @param accessOrder the ordering mode - <tt>true</tt> for
* access-order, <tt>false</tt> for insertion-order
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
* or the load factor is nonpositive
*/
public LinkedHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor,
boolean accessOrder) {
super(initialCapacity, loadFactor);
this.accessOrder = accessOrder;
}
复制代码这是LinkedHashMap中另外一个方法，当返回true的时候，就会remove其中最久的元素，可以通过重写这个方法来控制缓存元素的删除，当缓存满了后，就可以通过返回true删除最久未被使用的元素，达到LRU的要求。这样就可以满足上述第三点要求。
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
return false;
}
复制代码由于LinkedHashMap是为自动扩容的，当table数组中元素大于Capacity * loadFactor的时候，就会自动进行两倍扩容。但是为了使缓存大小固定，就需要在初始化的时候传入容量大小和负载因子。 为了使得到达设置缓存大小不会进行自动扩容，需要将初始化的大小进行计算再传入，可以将初始化大小设置为(缓存大小 / loadFactor) + 1，这样就可以在元素数目达到缓存大小时，也不会进行扩容了。这样就解决了上述第一点问题。
通过上面分析，实现下面的代码
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
public class LRU1<K, V> {
private final int MAX_CACHE_SIZE;
private final float DEFAULT_LOAD_FACTORY = 0.75f;
LinkedHashMap<K, V> map;
public LRU1(int cacheSize) {
MAX_CACHE_SIZE = cacheSize;
int capacity = (int)Math.ceil(MAX_CACHE_SIZE / DEFAULT_LOAD_FACTORY) + 1;
/*
* 第三个参数设置为true，代表linkedlist按访问顺序排序，可作为LRU缓存
* 第三个参数设置为false，代表按插入顺序排序，可作为FIFO缓存
*/
map = new LinkedHashMap<K, V>(capacity, DEFAULT_LOAD_FACTORY, true) {
@Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {
return size() > MAX_CACHE_SIZE;
}
};
}
public synchronized void put(K key, V value) {
map.put(key, value);
}
public synchronized V get(K key) {
return map.get(key);
}
public synchronized void remove(K key) {
map.remove(key);
}
public synchronized Set<Map.Entry<K, V>> getAll() {
return map.entrySet();
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
for (Map.Entry<K, V> entry : map.entrySet()) {
stringBuilder.append(String.format("%s: %s ", entry.getKey(), entry.getValue()));
}
return stringBuilder.toString();
}
public static void main(String[] args) {
LRU1<Integer, Integer> lru1 = new LRU1<>(5);
lru1.put(1, 1);
lru1.put(2, 2);
lru1.put(3, 3);
System.out.println(lru1);
lru1.get(1);
System.out.println(lru1);
lru1.put(4, 4);
lru1.put(5, 5);
lru1.put(6, 6);
System.out.println(lru1);
}
}
复制代码运行结果为：
1:1 2:2: 3:3
2:2 3:3 1:1
3:3 1:1 4:4 5:5 6:6
复制代码FIFO
LRU 缓存思想
- 固定缓存大小，需要给缓存分配一个固定的大小。
- 每次读取都不改变缓存节点的位置。
- 当需要是，缓存满了，就将最先插入的缓存删除，在往里面加。
FIFO 跟 LRU 的代码差不多一直，只是new linkedHashMap时的构造函数传入参数不同。
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
public class LRU1<K, V> {
private final int MAX_CACHE_SIZE;
private final float DEFAULT_LOAD_FACTORY = 0.75f;
LinkedHashMap<K, V> map;
public LRU1(int cacheSize) {
MAX_CACHE_SIZE = cacheSize;
int capacity = (int)Math.ceil(MAX_CACHE_SIZE / DEFAULT_LOAD_FACTORY) + 1;
/*
* 第三个参数设置为true，代表linkedlist按访问顺序排序，可作为LRU缓存
* 第三个参数设置为false，代表按插入顺序排序，可作为FIFO缓存
*/
map = new LinkedHashMap<K, V>(capacity, DEFAULT_LOAD_FACTORY, false) {
@Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {
return size() > MAX_CACHE_SIZE;
}
};
}
public synchronized void put(K key, V value) {
map.put(key, value);
}
public synchronized V get(K key) {
return map.get(key);
}
public synchronized void remove(K key) {
map.remove(key);
}
public synchronized Set<Map.Entry<K, V>> getAll() {
return map.entrySet();
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
for (Map.Entry<K, V> entry : map.entrySet()) {
stringBuilder.append(String.format("%s: %s ", entry.getKey(), entry.getValue()));
}
return stringBuilder.toString();
}
public static void main(String[] args) {
LRU1<Integer, Integer> lru1 = new LRU1<>(5);
lru1.put(1, 1);
lru1.put(2, 2);
lru1.put(3, 3);
System.out.println(lru1);
lru1.get(1);
System.out.println(lru1);
lru1.put(4, 4);
lru1.put(5, 5);
lru1.put(6, 6);
System.out.println(lru1);
}
}
复制代码看到这里你可能会问：
为什么 LRU 和 FIFO 都用 linkedHashMap 来实现？而不用 hashMap？
其实是因为 linkedHashMap 继承了 hashMap，从它的构造函数可以看出， linkedHashMap 专门对这两种思想进行了实现。而用 hashMap 实现起来比较繁琐。当然也可以实现，网上很多实现方式。这里就不详细讲解了。
weakHashMap
WeakHashMap 和 HashMap 一样是个散列表。但是 weakHashMap 是 WeakReference(弱引用)。也就是，在GC时，没有被引用的会被清除。
hashMap 有一个 Extry 数组，weakHashMap 也有 Entry 数组，不过是继承了 weakReference 的，这也是弱类型的体现所在。
因为 weakHashMap 是弱类型，不需要手动去移除，一切交给GC，所以实现缓存的方式直接 new 即可。
但需要注意的是：
- 强引用的key是不会被回收的。
- weakHashMap 不是现成安全，若要实现则需要 Collections.synchronizedMap(weakHashMapintsmaze);