ARC算法实现-编程知识

ARC算法实现

news/2024/11/15 21:02:53/文章来源:https://www.cnblogs.com/lianshuiwuyi/p/18298460

1. 概述

Adaptive Replacement Cache（ARC）是一种缓存替换算法，用于提高缓存的命中率。ARC 动态调整缓存策略，以适应实际的访问模式，从而在不确定的工作负载下表现良好。它通过同时维护两个缓存列表来追踪最近使用和频繁使用的数据块，并根据访问模式在这两个列表之间动态分配缓存空间。

2. 基本概念

ARC 使用两个LRU队列（T1和T2）和两个历史列表（B1和B2）：

T1: 存储一次命中（recently used once）的缓存项。
T2: 存储多次命中（recently used multiple times）的缓存项。
B1: 存储曾经在T1中，但已经被移除的缓存项。
B2: 存储曾经在T2中，但已经被移除的缓存项。

3. 主要操作

缓存命中：如果缓存项在T1或T2中，则为缓存命中。
缓存未命中：如果缓存项不在T1和T2中，则为缓存未命中。

ARC的核心操作如下：

插入：
- 若新缓存项在T1或T2中，则移动到T2的前端。
- 若不在T1或T2中，则插入到T1的前端。
调整缓存大小：
- 若新缓存项在B1中，则表明最近访问模式偏向于访问新的缓存项，增加T1的容量。
- 若新缓存项在B2中，则表明最近访问模式偏向于访问频繁访问的缓存项，增加T2的容量。
替换：
- 根据动态调整的容量，从T1或T2中移除最旧的缓存项，并将其元数据移动到B1或B2。

4. 线程安全的Go实现示例

以下是一个简单的线程安全的ARC缓存的Go实现：

package arcimport ("container/list""sync"
)type ARC struct {mtx      sync.Mutexcapacity intt1       *list.Listb1       *list.Listt2       *list.Listb2       *list.Listcache    map[interface{}]*list.Element
}func NewARC(capacity int) *ARC {return &ARC{capacity: capacity,t1:       list.New(),b1:       list.New(),t2:       list.New(),b2:       list.New(),cache:    make(map[interface{}]*list.Element),}
}// Get returns the item from the cache.
func (c *ARC) Get(item any) any {c.mtx.Lock()defer c.mtx.Unlock()if elem, found := c.cache[item]; found {c.t2.MoveToFront(elem)return elem.Value}return nil
}func (c *ARC) Put(item any) {c.mtx.Lock()defer c.mtx.Unlock()if c.capacity == 0 {return}if elem, found := c.cache[item]; found {elem.Value = itemc.t2.MoveToFront(elem)return}// not found, so add it to the cacheif c.t1.Len()+c.t2.Len() == c.capacity {if c.t1.Len() == c.capacity {c.removeLast(c.b1)} else {c.removeLast(c.t1)}} else if c.t1.Len()+c.b1.Len()+c.t2.Len()+c.b2.Len() >= c.capacity {if c.t1.Len()+c.b1.Len()+c.t2.Len()+c.b2.Len() == 2*c.capacity {c.removeLast(c.b2)} else {c.removeLast(c.t2)}}// add the new item to the cacheelem := c.t1.PushFront(item)c.cache[item] = elem
}// removeLast removes the last element from the list.
func (c *ARC) removeLast(l *list.List) {if l.Len() == 0 {return}elem := l.Back()l.Remove(elem)delete(c.cache, elem)
}

说明: