Python实现的一个简单LRU cache

起因：我的同事需要一个固定大小的cache，如果记录在cache中，直接从cache中读取，否则从数据库中读取。python的dict 是一个非常简单的cache,但是由于数据量很大，内存很可能增长的过大，因此需要限定记录数，并用LRU算法丢弃旧记录。key 是整型，value是10KB左右的python对象

分析：

1）可以想到，在对于cache，我们需要维护 key -> value 的关系

2）而为了实现LRU，我们又需要一个基于时间的优先级队列，来维护   timestamp  -> (key, value) 的关系

3）当cache 中的记录数达到一个上界maxsize时，需要将timestamp 最小的(key,value) 出队列

4) 当一个（key, value) 被命中时，实际上我们需要将它从队列中，移除并插入到队列的尾部。

从分析可以看出我们的cache 要达到性能最优需要满足上面的四项功能，对于队表的快速移除和插入，链表显然是最优的选择，为了快速移除，最好使用双向链表，为了插入尾部，需要有指向尾部的指针。

下面用python 来实现：

代码如下：

#encoding=utf-8

class LRUCache(object):

    def __init__(self, maxsize):

        # cache 的最大记录数

        self.maxsize = maxsize

        # 用于真实的存储数据

        self.inner_dd = {}

        # 链表-头指针

        self.head = None

        # 链表-尾指针 

        self.tail = None


    def set(self, key, value):

        # 达到指定大小      

        if len(self.inner_dd) >= self.maxsize:

            self.remove_head_node()


        node = Node()

        node.data = (key, value)

        self.insert_to_tail(node)

        self.inner_dd[key] = node


    def insert_to_tail(self, node):

        if self.tail is None:

            self.tail = node

            self.head = node

        else:

            self.tail.next = node

            node.pre = self.tail

            self.tail = node


    def remove_head_node(self):

        node = self.head

        del self.inner_dd[node.data[0]]

        node = None

        self.head = self.head.next

        self.head.pre = None

    def get(self, key):

        if key in self.inner_dd:

            # 如果命中, 需要将对应的节点移动到队列的尾部

            node = self.inner_dd.get(key)

            self.move_to_tail(node)

            return node.data[1]

        return None


    def move_to_tail(self, node):

        # 只需处理在队列头部和中间的情况

        if not (node == self.tail):

            if node == self.head:

                self.head = node.next

                self.head.pre = None

                self.tail.next = node

                node.pre = self.tail

                node.next = None

                self.tail = node

            else:

                pre_node = node.pre

                next_node = node.next

                pre_node.next = next_node

                next_node.pre = pre_node


                self.tail.next = node

                node.pre = self.tail

                node.next = None

                self.tail = node


class Node(object):

    def __init__(self):

        self.pre = None

        self.next = None

        # (key, value)

        self.data = None


    def __eq__(self, other):

        if self.data[0] == other.data[0]:

            return True

        return False

    def __str__(self):

       return str(self.data)


if __name__ == '__main__':

    cache = LRUCache(10)

    for i in xrange(1000):

        cache.set(i, i+1)

        cache.get(2)

    for key in cache.inner_dd:

        print key, cache.inner_dd[key]