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Golang 容器的学习与实践

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2020/05/03 Share

golang 提供了几个简单的容器供我们使用,本文在介绍几种Golang 容器的基础上,实现一个基于Golang 容器的LRU算法。

容器介绍

Golang 容器位于 container 包下,提供了三种包供我们使用,heap、list、ring. 下面我们分别学习。

heap

heap 是一个堆的实现。一个堆正常保证了获取/弹出最大(最小)元素的时间为log n、插入元素的时间为log n.
golang的堆实现接口如下:

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// src/container/heap.go
type Interface interface {
sort.Interface
Push(x interface{}) // add x as element Len()
Pop() interface{} // remove and return element Len() - 1.
}

heap 是基于 sort.Interface 实现的。

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// src/sort/
type Interface interface {
// Len is the number of elements in the collection.
Len() int
// Less reports whether the element with
// index i should sort before the element with index j.
Less(i, j int) bool
// Swap swaps the elements with indexes i and j.
Swap(i, j int)
}

因此,如果要使用官方提供的heap,需要我们实现如下几个接口

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Len() int {}              // 获取元素个数
Less(i, j int) bool {} // 比较方法
Swap(i, j int) // 元素交换方法
Push(x interface{}){} // 在末尾追加元素
Pop() interface{} // 返回末尾元素

然后在使用时,我们可以使用如下几种方法

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// 初始化一个堆
func Init(h Interface){}
// push一个元素倒堆中
func Push(h Interface, x interface{}){}
// pop 堆顶元素
func Pop(h Interface) interface{} {}
// 删除堆中某个元素,时间复杂度 log n
func Remove(h Interface, i int) interface{} {}
// 调整i位置的元素位置(位置I的数据变更后)
func Fix(h Interface, i int){}

list 链表

list 实现了一个双向链表,链表不需要实现heap 类似的接口,可以直接使用。

链表的构造和使用:

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// 返回一个链表对象
func New() *List {}
// 返回链表的长度
func (l *List) Len() int {}
// 返回链表中的第一个元素
func (l *List) Front() *Element {}
// 返回链表中的末尾元素
func (l *List) Back() *Element {}
// 移除链表中的某个元素
func (l *List) Remove(e *Element) interface{} {}
// 在表头插入值为 v 的元素
func (l *List) PushFront(v interface{}) *Element {}
// 在表尾插入值为 v 的元素
func (l *List) PushBack(v interface{}) *Element {}
// 在mark之前插入值为v 的元素
func (l *List) InsertBefore(v interface{}, mark *Element) *Element {}
// 在mark 之后插入值为 v 的元素
func (l *List) InsertAfter(v interface{}, mark *Element) *Element {}
// 移动e某个元素到表头
func (l *List) MoveToFront(e *Element) {}
// 移动e到队尾
func (l *List) MoveToBack(e *Element) {}
// 移动e到mark之前
func (l *List) MoveBefore(e, mark *Element) {}
// 移动e 到mark 之后
func (l *List) MoveAfter(e, mark *Element) {}
// 追加到队尾
func (l *List) PushBackList(other *List) {}
// 将链表list放在队列前
func (l *List) PushFrontList(other *List) {}

我们可以通过 Value 方法访问 Element 中的元素。除此之外,我们还可以用下面方法做链表遍历:

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// 返回下一个元素
func (e *Element) Next() *Element {}
// 返回上一个元素
func (e *Element) Prev() *Element {}

队列的遍历:

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// l 为队列,
for e := l.Front(); e != nil; e = e.Next() {
//通过 e.Value 做数据访问
}

ring 循环列表

container 中的循环列表是采用链表实现的。

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// 构造一个包含N个元素的循环列表
func New(n int) *Ring {}
// 返回列表下一个元素
func (r *Ring) Next() *Ring {}
// 返回列表上一个元素
func (r *Ring) Prev() *Ring {}
// 移动n个元素 (可以前移,可以后移)
func (r *Ring) Move(n int) *Ring {}
// 把 s 链接到 r 后面。如果s 和r 在一个ring 里面,会把r到s的元素从ring 中删掉
func (r *Ring) Link(s *Ring) *Ring {}
// 删除n个元素 (内部就是ring 移动n个元素,然后调用Link)
func (r *Ring) Unlink(n int) *Ring {}
// 返回Ring 的长度,时间复杂度 n
func (r *Ring) Len() int {}
// 遍历Ring,执行 f 方法 (不建议内部修改ring)
func (r *Ring) Do(f func(interface{})) {}

访问Ring 中元素,直接 Ring.Value 即可。

容器的使用

LRU 算法 (Least Recently Used),在做缓存置换时用的比较多。逐步淘汰最近未使用的cache,而使我们的缓存中持续保持着最近使用的数据。下面,我们通过map 和 官方包中的双向链表实现一个简单的lru 算法,用来熟悉golang 容器的使用。

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package main

import "fmt"
import "container/list"

// lru 中的数据
type Node struct {
K, V interface{}
}

// 链表 + map
type LRU struct {
list *list.List
cacheMap map[interface{}]*list.Element
Size int
}

// 初始化一个LRU
func NewLRU(cap int) *LRU {
return &LRU{
Size: cap,
list: list.New(),
cacheMap: make(map[interface{}]*list.Element, cap),
}
}

// 获取LRU中数据
func (lru *LRU) Get(k interface{}) (v interface{}, ret bool) {
// 如果存在,则把数据放到链表最前面
if ele, ok := lru.cacheMap[k]; ok {
lru.list.MoveToFront(ele)
return ele.Value.(*Node).V, true
}

return nil, false
}

// 设置LRU中数据
func (lru *LRU) Set(k, v interface{}) {
// 如果存在,则把数据放到最前面
if ele, ok := lru.cacheMap[k]; ok {
lru.list.MoveToFront(ele)
ele.Value.(*Node).V = v // 更新数据值
return
}

// 如果数据是满的,先删除数据,后插入
if lru.list.Len() == lru.Size {
last := lru.list.Back()
node := last.Value.(*Node)
delete(lru.cacheMap, node.K)
lru.list.Remove(last)
}

ele := lru.list.PushFront(&Node{K: k, V: v})
lru.cacheMap[k] = ele
}

其他

  1. 上述的容器都不是goroutines 安全的
  2. 上面的lr 也不是goroutines 安全的
  3. Ring 中不建议在Do 方法中修改Ring 的指针,行为是未定义的

原文作者:lpflpf

原文链接:http://blog.lpflpf.cn/passages/golang-container/

发表日期:2020-05-03 10:42:54

更新日期:2020-05-03 18:05:18

版权声明:本文采用知识共享署名-非商业性使用 4.0 国际许可协议进行许可

CATALOG
  1. 1. 容器介绍
    1. 1.1. heap
    2. 1.2. list 链表
    3. 1.3. ring 循环列表
  2. 2. 容器的使用
  3. 3. 其他