面试题：缓存设计之LRU、LFU与FIFO应用场景分析

Question

请阐述在后端开发中，LRU、LFU和FIFO这三种缓存类型分别适用于哪些常见的应用场景，并举例说明为什么在这些场景下该缓存类型会是比较好的选择。

Answer 1

LRU（最近最少使用）

• 适用场景：广泛应用于操作系统的页面置换、浏览器缓存、数据库缓存等场景。
• 原因及举例：以浏览器缓存为例，假设用户经常访问某些网页，随着时间推移，访问的网页数量增多。LRU缓存策略会优先淘汰最长时间未被访问的页面。因为通常认为近期没有被访问的页面，在未来被访问的概率也较低。这样可以保证缓存中保留的是用户最可能再次访问的网页，提高缓存命中率，加快页面加载速度。

LFU（最不经常使用）

• 适用场景：适用于数据访问频率相对稳定，且需要长期缓存的场景，如CDN（内容分发网络）缓存。
• 原因及举例：在CDN缓存中，一些内容的访问频率在一段时间内相对固定。LFU缓存策略根据数据的访问频率来淘汰数据，访问频率低的内容被优先淘汰。例如，对于一些小众的视频资源，其访问频率远低于热门视频，LFU会优先移除这类低频访问的资源，保证缓存空间留给更常被访问的内容，从而提高缓存效率。

FIFO（先进先出）

• 适用场景：适用于对数据新鲜度要求不高，但需要简单管理缓存的场景，如日志记录缓存。
• 原因及举例：在日志记录场景中，早期记录的日志数据随着时间推移重要性降低，新的日志不断产生。FIFO缓存策略按数据进入缓存的顺序淘汰数据，最先进入缓存的日志记录会被优先移除。这样既满足了缓存空间的管理需求，又不需要复杂的频率或访问时间统计，实现简单且能保证新的日志数据有足够空间被记录。