LRU算法：过去、现在与Android中的实现

对于每个有幸在现代编程语言中工作的工程师来说，有些现代语言的特性实际上都是起源于操作系统。LRU 算法就是这样的一个特性，它最早起源于操作系统，其设计最初可以追溯到上世纪六、七十年代。

LRU算法的起源

在操作系统中，LRU 算法通常用于内存管理。操作系统会将经常使用的页面存储在内存中，而将不经常使用的页面存储在磁盘中。当内存不足时，操作系统会使用 LRU 算法来决定哪些页面应该被换出内存，以便为新页面腾出空间。

LRU 算法的核心思想是，最近最少使用的页面应该被换出内存。这个思想基于这样一个假设：最近使用的页面很可能在不久的将来还会被使用，而很久没有使用的页面很可能在不久的将来不会被使用。

LRU算法的实现

LRU 算法有多种实现方式，但最常见的是使用双向链表。双向链表中的每个节点都包含一个页面和一个时间戳。时间戳记录了页面上次被使用的时间 。当一个页面被使用时，它的时间戳会被更新为当前时间。当需要换出页面时，操作系统会从链表的头部开始遍历，并选择时间戳最小的页面。

LRUCache在Android中的实现

Android 中的 LruCache 类是一个内存缓存，它使用 LRU 算法来管理缓存中的数据。LruCache 类是一个通用类，它可以用于缓存任何类型的数据。然而，它最常被用于缓存位图。位图是 Android 中用来表示图像的数据结构，它们通常非常大，并且会占用大量的内存。

LruCache 类使用双向链表来实现 LRU 算法。当一个位图被添加到缓存中时，它会被添加到链表的头部。当需要换出位图时，LruCache 类会从链表的尾部开始遍历，并选择时间戳最小的位图。

LRU算法的局限性

LRU 算法虽然是一个非常有效的算法，但它也有一些局限性。其中一个局限性是，LRU 算法不能很好地处理经常在短时间内被频繁访问的页面。这种情况通常发生在应用程序启动时，或者在应用程序加载大量数据时。

为了解决这个问题，一些操作系统会使用改进的 LRU 算法，例如 CLOCK-LRU 算法。CLOCK-LRU 算法会在页面上使用一个额外的位来标记页面是否被最近使用过。当需要换出页面时，CLOCK-LRU 算法会从链表的头部开始遍历，并选择第一个标记为未使用过的页面。

LRU 算法的另一个局限性是，它不能很好地处理大页面。大页面在内存中通常会占用更多的空间，并且会更难换出。为了解决这个问题，一些操作系统会使用分段式内存管理技术。分段式内存管理技术将内存划分为多个段，每个段都可以独立地使用 LRU 算法进行管理。

总结

LRU 算法是一种非常有效的算法，它在操作系统和应用程序中都有着广泛的应用。LRU 算法可以帮助我们提高内存的使用效率，并减少应用程序的启动时间和加载时间。