Java置换算法的应用场景分析：LRU、LFU和FIFO的应用场景与最佳实践

# 1. Java置换算法概述

置换算法是一种用于管理有限资源（如内存或缓存）的策略，当新数据需要存储时，它决定替换哪些现有数据。Java编程语言提供了多种置换算法，每种算法都有其独特的优点和缺点。

在本章中，我们将概述Java中可用的置换算法，包括LRU（最近最少使用）、LFU（最近最不常使用）和FIFO（先进先出）。我们将探讨每种算法的原理、实现和应用场景。

# 2. LRU置换算法

### 2.1 LRU算法原理和实现

LRU（最近最少使用）算法是一种置换算法，它基于这样的原理：最近最少使用的页面最有可能被替换。LRU算法维护了一个双向链表，其中每个节点代表一个页面。当一个页面被访问时，它会被移动到链表的头部，表示它最近被使用过。当需要替换一个页面时，链表尾部的页面将被替换。

LRU算法的实现如下：

class LRUCache {
    private final int capacity;
    private final Map<Integer, Node> cache;
    private Node head, tail;

    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        this.cache = new HashMap<>();
        this.head = null;
        this.tail = null;
    }

    public int get(int key) {
        Node node = cache.get(key);
        if (node == null) {
            return -1;
        }
        moveToHead(node);
        return node.value;
    }

    public void put(int key, int value) {
        Node node = cache.get(key);
        if (node != null) {
            node.value = value;
            moveToHead(node);
            return;
        }
        if (cache.size() == capacity) {
            removeTail();
        }
        Node newNode = new Node(key, value);
        cache.put(key, newNode);
        addToHead(newNode);
    }

    private void moveToHead(Node node) {
        if (node == head) {
            return;
        }
        if (node == tail) {
            tail = node.prev;
        }
        if (node.prev != null) {
            node.prev.next = node.next;
        }
        if (node.next != null) {
            node.next.prev = node.prev;
        }
        node.next = head;
        node.prev = null;
        head = node;
    }

    private void addToHead(Node node) {
        if (head == null) {
            head = node;
            tail = node;
            return;