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如何理解缓存理论？（上）

发布：长沙达内IT培训机构
来源：人人都是产品经理
时间：2016-10-14 16:46

众所周知，内存和硬盘是电脑的两个重要部件，虽说两者都是用来存储数据的，特性却大相径庭：

内存访问速度快，容量小，断电后无法保存数据，在计算机中充当缓存的角色。

硬盘访问速度慢，容量大，断电后数据不丢失，用于长久地保持数据。

CPU是个急性子，每秒几百亿次计算不在话下，自然爱和内存打交道，不待见硬盘，不待见到什么程度呢，即使CPU要读取硬盘里的数据，也先让硬盘把数据交给内存，CPU再从内存读，缓存往往就是指这样快却容量小的中间存储。

问题来了，内存容量小，而计算机可能会使用的数据却很大，导致内存装不下，只能把装不下数据搁硬盘里，要使用硬盘中的数据，得先让内存清出一些暂时不用的数据，再从硬盘里把所需数据加载到内存，这种倒腾的过程叫做置换Swap，而清出数据的操作称为淘汰数据。从硬盘读数据就耗时了，所以我们希望我们每次取数据时数据都在内存里，减少硬盘的访问。

操作系统有一个很重要的任务——调整内存中的数据，目的在于减少用户使用电脑时因读取硬盘而造成的延迟和卡顿。调整一般发生两种情况下，一个是电脑闲置的时候，提前将用户可能会用到数据搬到内存中；另一个就是置换的时候，加载用户所需数据的同时，舍弃那些比较不可能被访问的数据。

计算机科学里把访问数据时数据刚好在内存里的概率成为命中率。为了提升用户体验，减少等待，就得提高命中率，选择合适的内存置换（淘汰）算法就显得至关重要，内存置换算法是指在发生置换操作时，应该淘汰内存中的哪些数据，来放置新的数据，达内长沙IT培训为你介绍几种常用的算法：

１、先进先出算法(FIFO，First In First Out)

淘汰最先进来的数据，这个算法非常简单，这样做的道理是最先进来的数据可能已经用过了，过时了。对于一次性或短期使用的数据，非常合适，但对于长期使用的数据，就不合适了。这个算法命中率并不高，常常被提起主要是用来衬托其他算法的优越性，有点类似奥特曼的小怪兽。

２、最久没访问算法(LRU，Least Rescently Used)

淘汰内存中最久没有被用到的数据，这个就比FIFO合理多了，最久没被访问，可能真的是过时了。从逻辑上来说是相对合理的，而且比较简单，现在流行的操作系统大多都使用它或它的变种。当然，这个算法对于那种需要被周期性访问的数据就不合适了。

３、最不频繁算法(LFU，Least Frequency Used)

淘汰内存中在最近一段时间内使用频率最低的数据，这个又比LRU更合理了，就是保留最近最常用的数据，剔除最不常用的蛀虫。它并不是操作系统的宠儿，因为它计算量比较大，自身会消耗一些内存，对于操作系统这样的惜时（内存）如金的家伙是不可接受的。

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