ARC算法实现
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 arc
import (
"container/list"
"sync"
)
type ARC struct {
mtx sync.Mutex
capacity int
t1 *list.List
b1 *list.List
t2 *list.List
b2 *list.List
cache 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 = item
c.t2.MoveToFront(elem)
return
}
// not found, so add it to the cache
if 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 cache
elem := 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:
- NewARC：创建一个新的ARC缓存实例。
- Get：从缓存中获取值，并将其提升到T2。
- Put：插入新的缓存项，并根据ARC的规则调整缓存。
- removeLast：从指定列表中移除最后一个元素。
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