面试题：缓存设计之LFU在高并发下的优化

Question

在高并发环境中，LFU缓存可能会出现缓存污染的问题，即某些低频访问的数据长时间占据缓存空间。请提出至少两种解决方案，并阐述每种方案的优缺点。

Answer 1

方案一：定期淘汰低频数据

• 优点：实现相对简单，定期清理可以有效避免低频数据长期占据缓存。
• 缺点：如果清理周期设置不当，可能会误删近期可能被再次访问的低频数据，而且定期清理操作会占用一定的系统资源。

方案二：引入老化机制

给缓存中的每个数据项设置一个老化因子，随着时间推移，访问频率的权重逐渐降低。

• 优点：能动态适应数据访问频率的变化，避免低频数据一直占据缓存。
• 缺点：实现相对复杂，老化因子的设置需要根据实际业务场景进行精细调整，否则可能达不到预期效果。

方案三：设置缓存容量上限并按比例分配

将缓存空间按一定比例划分为高频区和低频区，当低频区满时，淘汰低频数据。

• 优点：可以在一定程度上隔离高频和低频数据，保证高频数据有足够的缓存空间。
• 缺点：比例划分需要根据业务特点进行反复调整，可能无法适应业务动态变化，而且这种划分可能导致缓存空间利用不够灵活。